JP2009266921A - Laminated piezoelectric actuator element - Google Patents

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Kazuhiro Suma
和浩 須摩
Yoshi Sukigara
宜 鋤柄
Shuichi Watanabe
修一 渡辺
Kazuo Ogawa
和男 小川
Junji Saito
淳史 齊藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laminated piezoelectric actuator element which excels in response characteristics and which is capable of further suppressing the input current amount than the conventional types, in order to obtain a response speed equal to that of the conventional one, while when an input current amount equivalent to that of the conventional one is applied, the response speed is increased. <P>SOLUTION: The laminated piezoelectric actuator element is configured by a laminate where a plurality of piezoelectric-body layers 2A-2H and a plurality of conductor layers 3A-3I are alternately laminated and which includes a plurality of piezoelectric units A-H, respectively constituted of a piezoelectric-body layer and a pair of conductor layers sandwiching the piezoelectric-body layer therebetween. The plurality of conductor layers 3A-3I are configured, such that electrode parts 5A-5I for external connection are constituted, by exposing the side ends of the conductor layers 3A-3I on the side faces respectively in which one conductor layer and the other conductor layer adjacent to the one conductor layer across the piezoelectric-body layer are arranged opposite to one another. The plurality of conductor layers are provided with external electrodes 6A, 6B, and 6C connected to the electrode parts 5A-5I for external connection. At least a pair of piezoelectric unit groups 8A, 8B are connected in series. Both the ends of the serially-connected piezoelectric units are respectively provided to each of AC power supply part 7B. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、積層型圧電アクチュエータ素子に関し、特に、精密工作機器における位置決め、流量制御バルブ、自動車の燃料噴射ノズルの開弁用アクチュエータ、あるいはブレーキ装置等に用いられるアクチュエータ、また、インクジェットプリンタのインク吐出ノズルのアクチュエータなどの各種用途に用いられる積層型圧電アクチュエータ素子に関する。   The present invention relates to a laminated piezoelectric actuator element, and in particular, positioning in a precision machine tool, a flow control valve, an actuator for opening a fuel injection nozzle of an automobile, an actuator used for a brake device, etc., and ink ejection of an ink jet printer The present invention relates to a laminated piezoelectric actuator element used for various applications such as a nozzle actuator.

積層型圧電アクチュエータ素子は、より大きな圧電効果を得るために、複数の圧電体と電極とを交互に積層したものである。この積層型圧電アクチュエータ素子において、素子内の複数の電極、またはユニット間の電極を直列に接続する構成とし、交流電源を入力することにより、素子の応答速度を向上させることが行われている。   In order to obtain a larger piezoelectric effect, the laminated piezoelectric actuator element is obtained by alternately laminating a plurality of piezoelectric bodies and electrodes. In this multilayer piezoelectric actuator element, a plurality of electrodes in the element or electrodes between units are connected in series, and the response speed of the element is improved by inputting an AC power supply.

例えば、図7に示すように、内部電極層113が、交互に対向する側面に向けて突設するように、内部電極層113と圧電体層112とを、交互に複数層積層した積層体114からなる積層型圧電アクチュエータ素子111が知られている(特許文献1、特許文献2参照)。この積層型圧電アクチュエータ素子111では、積層体114の対向する側面に一層ごとに内部電極層113の端面115が露出し、その端面115に、積層体114の側面に沿って配設された外部電極116が接続されている。   For example, as shown in FIG. 7, a laminated body 114 in which a plurality of internal electrode layers 113 and piezoelectric layers 112 are alternately stacked so that the internal electrode layers 113 protrude toward alternately opposed side surfaces. A multilayer piezoelectric actuator element 111 is known (see Patent Document 1 and Patent Document 2). In this multilayer piezoelectric actuator element 111, the end surface 115 of the internal electrode layer 113 is exposed on each side surface of the multilayer body 114, and the external electrode disposed along the side surface of the multilayer body 114 is exposed on the end surface 115. 116 is connected.

また、図8に示すように、内部電極層123が、交互に対向する側面に向けて突設するように、圧電体層122と、内部電極層123とを、交互に複数層積層した積層体ユニット124を、接合部125を介して複数個接合して一体化した積層型圧電アクチュエータ素子121が知られている(特許文献3、特許文献4、特許文献5参照)。この積層型圧電アクチュエータ素子121では、積層体ユニット124の対向する側面に一層ごと内部電極層123の端面126が露出し、その端面126に、積層型圧電アクチュエータ素子121の側面に沿って配設された外部電極127A,127Bが接続されている。   Further, as shown in FIG. 8, a laminate in which a plurality of piezoelectric layers 122 and internal electrode layers 123 are alternately stacked so that the internal electrode layers 123 protrude toward the alternately opposing side surfaces. A multilayer piezoelectric actuator element 121 is known in which a plurality of units 124 are joined and integrated through a joint 125 (see Patent Document 3, Patent Document 4, and Patent Document 5). In this multilayer piezoelectric actuator element 121, the end face 126 of the internal electrode layer 123 is exposed on each side face of the multilayer unit 124, and the end face 126 is disposed along the side face of the multilayer piezoelectric actuator element 121. The external electrodes 127A and 127B are connected.

さらに、図9に示すように、圧電体層132と、内部電極層133とを、交互に複数層積層した積層体134で構成される積層型圧電アクチュエータ素子131が知られている(特許文献6参照)。この積層型圧電アクチュエータ素子131では、積層体134の両側面に内部電極層133の両端面が露出し、内部電極層133の1層ごとに、交互に端面に短絡防止のための絶縁層135が設けられ、内部電極層133の他の露出する端面136に、積層体134に側面に沿って配設された外部電極137が接続されている。
特開2005−191050号公報 特開平4−309274号公報 特開平5−175565号公報 特開2004−274030号公報 特開平4−274377号公報 特開平3−203385号公報
Furthermore, as shown in FIG. 9, there is known a laminated piezoelectric actuator element 131 composed of a laminate 134 in which a plurality of piezoelectric layers 132 and internal electrode layers 133 are alternately laminated (Patent Document 6). reference). In this multilayer piezoelectric actuator element 131, both end surfaces of the internal electrode layer 133 are exposed on both side surfaces of the multilayer body 134, and an insulating layer 135 for preventing a short circuit is alternately formed on each end surface of the internal electrode layer 133. An external electrode 137 provided along the side surface of the stacked body 134 is connected to the other exposed end surface 136 of the internal electrode layer 133.
JP 2005-191050 A JP-A-4-309274 JP-A-5-175565 JP 2004-274030 A JP-A-4-274377 Japanese Patent Laid-Open No. 3-203385

しかし、従来の積層型圧電アクチュエータ素子は、複数の圧電体層と、それぞれの圧電体層に電圧を印加して圧電効果を発揮させるために配置される内部電極層とが、交互に複数層積層された構成を有する。この構成では、1の圧電体層と、その圧電体層を挟む内部電極層とで構成される複数の圧電ユニットが、外部電極に並列に接続された構成となっている。ここで、圧電ユニットは、内部電極層に挟まれた圧電体によって、静電容量を有する。したがって、積層型圧電アクチュエータ素子は、電気的には、複数のコンデンサが並列接続されているものと等価である、と考えられる。そのため、従来の圧電ユニットが並列に接続された積層型圧電アクチュエータ素子では、並列に接続された圧電ユニットの個数だけ、静電容量が加算され、大きい静電容量を有することになる。   However, in the conventional multilayer piezoelectric actuator element, a plurality of piezoelectric layers and internal electrode layers arranged in order to exert a piezoelectric effect by applying a voltage to each piezoelectric layer are alternately stacked. It has the structure made. In this configuration, a plurality of piezoelectric units including one piezoelectric layer and internal electrode layers sandwiching the piezoelectric layer are connected in parallel to the external electrodes. Here, the piezoelectric unit has a capacitance by a piezoelectric body sandwiched between the internal electrode layers. Therefore, it is considered that the multilayer piezoelectric actuator element is electrically equivalent to one in which a plurality of capacitors are connected in parallel. Therefore, in the multilayer piezoelectric actuator element in which the conventional piezoelectric units are connected in parallel, the electrostatic capacity is added by the number of the piezoelectric units connected in parallel, and has a large electrostatic capacity.

ところで、一般に、圧電アクチュエータ素子では、素子が有する静電容量に応じた電荷量が、内部電極層に印加される電圧によって完全に充放電されてから圧電現象、すなわち、圧電体層の変位が生じ、電圧印加に対する圧電アクチュエータ素子としての応答が生じる。これは、図10(a)に示すように、印加電圧を時間t1からt3まで印加した場合、電圧の印加に対して、素子の応答は、応答遅れを生じ、立上り期間(t1→t2)、立下り期間(t3→t4)を示す。これは、図10(b)に示すように、t1からt2の期間(立上り期間)に、素子への充電が行われる。そして、充電が完了すると、t2からt3の期間(変位期間)、電圧Pの印加によって素子が圧電変位し、電圧Pに印加に対して、素子が応答する。そして、電圧Pの印加がt3で終了すると、放電が開始され、t3からt4までの期間(放電期間、立下り期間)放電が行われる。この電圧の印加→充電(立上り)→圧電変位(応答)→電圧の印加の終了→放電(立下り)を繰り返すことによって、圧電アクチュエータ素子が動作することになる。したがって、素子の静電容量が大きいほど充放電時間が長くなり、すなわち、静電容量が大きくなると、圧電アクチュエータ素子の立上り時間および立下り時間が長くなるため、素子が電圧の印加に対して、変位して応答するまでの時間、および電圧の印加の終了後、放電して次の電圧の印加に対して応答するまでの時間が長くなる。そのため、圧電アクチュエータ素子の応答速度が遅くなる。このような場合、応答速度を速くするためには、入力電流量を増加させたり、または静電容量および印加電圧を減少させることが必要となる。   By the way, in general, in a piezoelectric actuator element, a piezoelectric phenomenon, that is, displacement of the piezoelectric layer occurs after a charge amount corresponding to the capacitance of the element is completely charged and discharged by a voltage applied to the internal electrode layer. Then, a response as a piezoelectric actuator element to voltage application occurs. As shown in FIG. 10A, when the applied voltage is applied from time t1 to time t3, the response of the element causes a response delay with respect to the applied voltage, and the rising period (t1 → t2), The falling period (t3 → t4) is shown. In this case, as shown in FIG. 10B, the element is charged in the period from t1 to t2 (rise period). When the charging is completed, the element is piezoelectrically displaced by the application of the voltage P during the period from t2 to t3 (displacement period), and the element responds to the application of the voltage P. Then, when the application of the voltage P is finished at t3, the discharge is started, and the discharge is performed during the period from t3 to t4 (discharge period, falling period). By repeating this voltage application → charging (rising) → piezoelectric displacement (response) → ending voltage application → discharging (falling), the piezoelectric actuator element operates. Therefore, the larger the capacitance of the element, the longer the charge / discharge time, i.e., the larger the capacitance, the longer the rise time and fall time of the piezoelectric actuator element. The time until displacement and response, and the time from the end of voltage application to the time of discharge and response to the next voltage application become longer. Therefore, the response speed of the piezoelectric actuator element becomes slow. In such a case, in order to increase the response speed, it is necessary to increase the input current amount or decrease the capacitance and the applied voltage.

これに対して、従来の積層型圧電アクチュエータ素子では、前記のとおり、並列に接続された圧電ユニットの個数だけ、静電容量が加算され、大きい静電容量を有することになる。そのため、従来の積層型圧電アクチュエータ素子は、大きい静電容量に起因して、応答速度が遅い、という問題があった。また、積層型圧電アクチュエータ素子の変位量拡大、すなわち、積層型圧電アクチュエータ素子を構成する複数の圧電ユニットの電圧の印加による圧電体層の変位を大きくするためには、圧電体層の個数を増加させたり、印加電圧を増加させたり、あるいは圧電体層を薄層してより多数の圧電体層を積層することが必要となる。このような場合にも、従来の積層型圧電アクチュエータ素子では、静電容量が増加し、素子を充電するに必要な電荷量が多くなり、応答速度が遅くなる。   On the other hand, in the conventional multilayer piezoelectric actuator element, as described above, the capacitance is added by the number of piezoelectric units connected in parallel, and has a large capacitance. Therefore, the conventional multilayer piezoelectric actuator element has a problem that the response speed is slow due to a large capacitance. In order to increase the displacement of the multilayer piezoelectric actuator element, that is, to increase the displacement of the piezoelectric layer due to the application of voltage to the plurality of piezoelectric units constituting the multilayer piezoelectric actuator element, the number of piezoelectric layers is increased. It is necessary to increase the applied voltage, or to laminate a larger number of piezoelectric layers by thinning the piezoelectric layers. Even in such a case, in the conventional multilayer piezoelectric actuator element, the capacitance increases, the amount of charge necessary to charge the element increases, and the response speed decreases.

このような積層型圧電アクチュエータ素子では、前記のとおり、応答速度を早くするために入力電流量を増加させることが必要となる。しかし、素子への入力電流量を増加させるためには、素子の駆動に用いられる制御回路の電界効果トランジスタ(FET)の部品点数増加や過大電流量に耐えうる内部電極や外部電極の大型化やアクチュエータと接続された電圧、電流印加の為のハーネス等の電源供給部を必要とし、静電容量および印加電圧の減少では、アクチュエータの発生変位量や発生力の低下やコストアップに繋がる。   In such a laminated piezoelectric actuator element, as described above, it is necessary to increase the amount of input current in order to increase the response speed. However, in order to increase the amount of input current to the element, the number of parts of the field effect transistor (FET) of the control circuit used for driving the element is increased, the internal electrode and the external electrode that can withstand the excessive current amount are enlarged, A power supply unit such as a voltage or current harness connected to the actuator is required, and a decrease in capacitance and applied voltage leads to a decrease in displacement and force generated by the actuator and an increase in cost.

また、従来の積層型圧電アクチュエータ素子では、圧電体層と、内部電極層とが交互に積層された積層体で構成され、その積層体の側面に露出した内部電極層の端面に接続される外部電極を、積層体の積層方向の長さに合わせて形成することが必要となるため、長い外部電極を形成しなければならない。また、外部電極を形成する面の面積が大きくなるため、積層型圧電アクチュエータ素子の重量、コストの増加を招くという問題がある。さらに、外部電極の寸法精度によって電気接点の不良を招き、素子の駆動不能さらには故障の原因となる問題があった。   Further, the conventional multilayer piezoelectric actuator element is composed of a multilayer body in which piezoelectric layers and internal electrode layers are alternately stacked, and is connected to the end face of the internal electrode layer exposed on the side surface of the multilayer body. Since it is necessary to form the electrode according to the length of the laminate in the stacking direction, a long external electrode must be formed. Further, since the area of the surface on which the external electrode is formed becomes large, there is a problem that the weight and cost of the multilayer piezoelectric actuator element are increased. Further, the dimensional accuracy of the external electrode causes a failure of the electrical contact, and there is a problem that the device cannot be driven and further causes a failure.

そこで、本発明の課題は、応答特性に優れ、従来と同等の応答速度を得るためには、従来よりも入力電流量を抑制することが可能で、一方、従来と同等の入力電流量を印加した場合には応答速度が早くなり、さらには、従来より軽量かつ低コストで、素子の故障等の原因の一つになり得る外部電極のサイズを小さくすることができる積層型圧電アクチュエータ素子を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to improve the response characteristics and to obtain a response speed equivalent to that of the conventional case, the input current amount can be suppressed as compared with the conventional case, while an input current amount equivalent to that of the conventional case is applied. In this case, a multilayer piezoelectric actuator element can be provided that has a faster response speed, and that is lighter and less expensive than conventional ones, and can reduce the size of the external electrode that can be one of the causes of element failure. There is to do.

前記課題を解決するために、請求項1に係る積層型圧電アクチュエータ素子は、複数の圧電体層と導体層とが交互に積層され、前記圧電体層と、前記圧電体層を挟む一対の導体層とで構成される複数の圧電ユニットを含む積層体で構成され、前記複数の導体層は、一の導体層と、前記圧電体層を挟んで前記一の導体層と隣り合う他の導体層とが、それぞれ対向する側面に前記導体層の側端が露出して外部接続用電極部を構成し、前記外部接続用電極部に接続された外部電極を備え、前記複数の圧電ユニットのうちの少なくとも一対の圧電ユニットが直列に接続され、直列に接続された前記圧電ユニットの両端に交流電源供給部を備えることを特徴とする。   In order to solve the above-described problem, a multilayer piezoelectric actuator element according to claim 1 includes a plurality of piezoelectric layers and conductor layers alternately stacked, and a pair of conductors sandwiching the piezoelectric layers and the piezoelectric layers. And a plurality of conductor layers, wherein the plurality of conductor layers are one conductor layer and another conductor layer adjacent to the one conductor layer with the piezoelectric layer interposed therebetween. Each of the side surfaces of the conductor layer is exposed to form an external connection electrode portion, and includes an external electrode connected to the external connection electrode portion, of the plurality of piezoelectric units. At least a pair of piezoelectric units are connected in series, and AC power supply units are provided at both ends of the piezoelectric units connected in series.

この積層型圧電アクチュエータ素子では、複数の圧電体層と導体層とが交互に積層された積層体で構成され、複数の導体層は、一の導体層と、圧電体層を挟んで一の導体層と隣り合う他の導体層とが、それぞれ対向する側面に導体層の側端が露出して外部接続用電極部を構成するとともに、外部接続用電極部に接続された外部電極を備え、前記複数の圧電ユニットのうちの少なくとも一対の導体層が、外部電極によって直列に接続され、直列に接続された導体層の両端に交流電源供給部を備えることによって、積層型圧電アクチュエータ素子の応答特性が向上し、応答速度が早くなる。   This multilayer piezoelectric actuator element is composed of a multilayer body in which a plurality of piezoelectric layers and conductor layers are alternately stacked, and the plurality of conductor layers includes one conductor layer and one conductor across the piezoelectric layer. The other conductive layer adjacent to the layer comprises the external electrode connected to the external connection electrode part, with the side edges of the conductive layer being exposed on the opposing side surfaces to constitute the external connection electrode part, At least a pair of conductor layers of the plurality of piezoelectric units are connected in series by external electrodes, and an AC power supply unit is provided at both ends of the conductor layers connected in series, so that the response characteristics of the multilayer piezoelectric actuator element are improved. Improves the response speed.

また、請求項2に係る発明は、前記積層型圧電アクチュエータ素子において、前記積層体の積層方向に沿った一側面に、積層方向に沿って連続して前記外部電極が配設され、他方の側面に、2つの外部電極が、相互に電気的に分断されるように配置されていることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the multilayer piezoelectric actuator element, the external electrode is continuously disposed along the stacking direction on one side surface along the stacking direction of the stacked body, and the other side surface. Further, the two external electrodes are arranged so as to be electrically separated from each other.

この積層型圧電アクチュエータ素子では、積層体の積層方向に沿った一側面に、積層方向に沿って連続して外部電極が配設され、他方の側面に、2つの外部電極が、相互に電気的に分断されるように配置されていることによって、積層型圧電アクチュエータ素子の片側に端子を集積できるため、積層型圧電アクチュエータ素子を用いたシステムやデバイスを小型化できる。   In this multilayer piezoelectric actuator element, external electrodes are continuously arranged along one side surface along the stacking direction of the multilayer body, and two external electrodes are electrically connected to each other on the other side surface. Since the terminals can be integrated on one side of the multilayer piezoelectric actuator element, the system or device using the multilayer piezoelectric actuator element can be miniaturized.

また、請求項3に係る発明は、複数の圧電体層と導体層とが交互に積層された積層体で構成され、前記複数の導体層は、一の導体層と、前記圧電体層を挟んで前記一の導体層と隣り合う他の導体層とが、それぞれ対向する側面に前記導体層の側端が露出して外部接続用電極部を構成し、前記外部接続用電極部に接続された外部電極を備える積層型圧電アクチュエータ素子ユニットを複数接続した積層型圧電アクチュエータ素子であって、複数の積層型圧電アクチュエータ素子ユニットが、接着層を介して直列に接続され、少なくとも一対の積層型圧電アクチュエータ素子ユニットが、電気的に直列に接続され、電気的に直列に接続された積層型圧電アクチュエータ素子ユニットの両端に交流電源供給部を備えることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, a plurality of piezoelectric layers and conductor layers are alternately stacked, and the plurality of conductor layers sandwich one piezoelectric layer and the piezoelectric layers. The one conductor layer and the other conductor layer adjacent to each other are connected to the external connection electrode portion, with the side edges of the conductor layer being exposed at the opposing side surfaces to form an external connection electrode portion. A multilayer piezoelectric actuator element in which a plurality of multilayer piezoelectric actuator element units each having an external electrode are connected, wherein the plurality of multilayer piezoelectric actuator element units are connected in series via an adhesive layer, and at least a pair of multilayer piezoelectric actuators The element unit is electrically connected in series, and AC power supply units are provided at both ends of the stacked piezoelectric actuator element units electrically connected in series.

この積層型圧電アクチュエータ素子では、複数の圧電体層と導体層とが交互に積層された積層体で構成され、前記複数の導体層は、一の導体層と、前記圧電体層を挟んで前記一の導体層と隣り合う他の導体層とが、それぞれ対向する側面に前記導体層の側端が露出して外部接続用電極部を構成し、前記外部接続用電極部に接続された外部電極を備える積層型圧電アクチュエータ素子ユニットを複数接続し、複数の積層型圧電アクチュエータ素子ユニットが、接着層を介して直列に接続され、少なくとも一対の積層型圧電アクチュエータ素子ユニットが、電気的に直列に接続され、電気的に直列に接続された積層型圧電アクチュエータ素子ユニットの両端に交流電源供給部を備えることによって、積層型圧電アクチュエータ素子の応答特性が向上し、応答速度が早くなる。   This multilayer piezoelectric actuator element is composed of a multilayer body in which a plurality of piezoelectric layers and conductor layers are alternately stacked, and the plurality of conductor layers include the one conductor layer and the piezoelectric layer sandwiched therebetween. An external electrode connected to the external connection electrode portion, wherein one conductive layer and another adjacent conductive layer constitute the external connection electrode portion with the side edges of the conductive layer exposed at the opposing side surfaces. A plurality of stacked piezoelectric actuator element units, wherein a plurality of stacked piezoelectric actuator element units are connected in series via an adhesive layer, and at least a pair of stacked piezoelectric actuator element units are electrically connected in series In addition, by providing AC power supply units at both ends of the stacked piezoelectric actuator element units electrically connected in series, the response characteristics of the stacked piezoelectric actuator element are improved. And, the response speed is fast.

請求項4に係る発明は、前記積層型圧電アクチュエータ素子において、直列に接続された前記積層型圧電アクチュエータ素子の長手方向に沿った一側面に、長手方向に沿って連続して前記外部電極が配置され、他方の側面に、2つの外部電極が、相互に電気的に分断されるように配置されていることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the multilayer piezoelectric actuator element, the external electrodes are arranged continuously along the longitudinal direction on one side surface along the longitudinal direction of the multilayer piezoelectric actuator elements connected in series. On the other side surface, the two external electrodes are arranged so as to be electrically separated from each other.

この積層型圧電アクチュエータ素子では、直列に接続された前記積層型圧電アクチュエータ素子の長手方向に沿った一側面に、長手方向に沿って連続して前記外部電極が配置され、他方の側面に、2つの外部電極が、相互に電気的に分断されるように配置されていることによって、積層型圧電アクチュエータ素子の片側に端子を集積できるため、積層型圧電アクチュエータ素子を用いたシステムやデバイスを小型化できる。   In this multilayer piezoelectric actuator element, the external electrode is continuously arranged along the longitudinal direction on one side surface along the longitudinal direction of the multilayer piezoelectric actuator elements connected in series, and the other side surface has 2 By arranging the two external electrodes so as to be electrically separated from each other, the terminals can be integrated on one side of the multilayer piezoelectric actuator element, thereby miniaturizing systems and devices using the multilayer piezoelectric actuator element. it can.

請求項1に記載の発明の積層型圧電アクチュエータ素子は、応答特性に優れ、従来と同等の応答速度を得るためには、従来よりも入力電流量を抑制することが可能で、一方、従来と同等の入力電流量を印加した場合には応答速度が早くなり、さらには、従来より軽量かつ低コストで、素子の故障等の原因となる外部電極のサイズを小さくすることができる。そのため、入力電流値を高くすることなく応答時間を短くすることができる。したがって、応答速度を速くすることができる。また、低い入力電流量で応答するため、接触抵抗(許容印加電流)の影響が少なく、素子の駆動の故障が低減される。さらに、制御回路の大電流対応FETの必要性がないため、低コストとすることができ、また、車載用の積層型圧電アクチュエータ素子では、車載部品点数の増加を抑制できる。さらに、外部電極のサイズを小さくすることができ、外部電極を形成する面の面積が大きくなったり、積層型圧電アクチュエータ素子の重量、コストの増加を招くことがない。また、外部電極の寸法精度による電気接点の不良の可能性を低減し、素子の駆動不能さらには故障を低減できる。   The multilayer piezoelectric actuator element according to the first aspect of the present invention is excellent in response characteristics, and in order to obtain a response speed equivalent to the conventional one, the amount of input current can be suppressed as compared with the conventional one. When an equivalent input current amount is applied, the response speed is increased, and further, the size of the external electrode that causes a failure of the element can be reduced at a lighter and lower cost than the conventional one. Therefore, the response time can be shortened without increasing the input current value. Therefore, the response speed can be increased. Further, since the response is performed with a low input current amount, the influence of the contact resistance (allowable applied current) is small, and the driving failure of the element is reduced. In addition, since there is no need for a large-current FET for the control circuit, the cost can be reduced, and an increase in the number of in-vehicle components can be suppressed in the in-vehicle laminated piezoelectric actuator element. Furthermore, the size of the external electrode can be reduced, and the area of the surface on which the external electrode is formed does not increase, and the weight and cost of the stacked piezoelectric actuator element do not increase. Further, it is possible to reduce the possibility of defective electrical contacts due to the dimensional accuracy of the external electrodes, and to reduce the inability to drive the device and further the failure.

また、請求項2に記載の発明によれば、積層型圧電アクチュエータ素子の片側に端子を集積できるため、積層型圧電アクチュエータ素子を小型化できる。   According to the second aspect of the present invention, since the terminals can be integrated on one side of the multilayer piezoelectric actuator element, the multilayer piezoelectric actuator element can be miniaturized.

請求項3に記載の発明の積層型圧電アクチュエータ素子は、応答特性に優れ、従来と同等の応答速度を得るためには、従来よりも入力電流量を抑制することが可能で、一方、従来と同等の入力電流量を印加した場合には応答速度が早くなり、さらには、従来より軽量かつ低コストで、素子の故障等の原因となる外部電極のサイズを小さくすることができる。そのため、入力電流値を高くすることなく応答時間を短くすることができる。したがって、応答速度を速くすることができる。   The laminated piezoelectric actuator element of the invention according to claim 3 is excellent in response characteristics, and in order to obtain a response speed equivalent to the conventional one, it is possible to suppress the input current amount as compared with the conventional one. When an equivalent input current amount is applied, the response speed is increased, and further, the size of the external electrode that causes a failure of the element can be reduced at a lighter and lower cost than the conventional one. Therefore, the response time can be shortened without increasing the input current value. Therefore, the response speed can be increased.

請求項4に記載の発明によれば、積層型圧電アクチュエータ素子の片側に端子を集積できるため、積層型圧電アクチュエータ素子を小型化できる。   According to the invention described in claim 4, since the terminals can be integrated on one side of the multilayer piezoelectric actuator element, the multilayer piezoelectric actuator element can be miniaturized.

以下、本発明の積層型圧電アクチュエータ素子について、実施形態に基づいて詳細に説明する。
図1(a)は、本発明の第1実施形態に係る積層型圧電アクチュエータ素子1の構造を示す模式図であり、図1(b)は、その積層型圧電アクチュエータ素子1の電気的な等価回路を示す図である。
Hereinafter, the multilayer piezoelectric actuator element of the present invention will be described in detail based on embodiments.
FIG. 1A is a schematic diagram showing the structure of the multilayer piezoelectric actuator element 1 according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is an electrical equivalent of the multilayer piezoelectric actuator element 1. It is a figure which shows a circuit.

図1(a)に示す積層型圧電アクチュエータ素子1は、圧電体層2A,2B,2C,2D,2E,2F,2G,2Hと、導体層3A,3B,3C,3D,3E,3F,3G,3H,3Iとが交互に積層された積層体4で構成されている。そして、圧電体層2Aは、導体層2Aと2Bの間に挟まれ、圧電ユニットAを構成している。また、圧電体層2B,2C,2D,2E,2F,2G,2Hも、導体層3Bと3Cの間、導体層3Cと3Dの間、導体層3Dと3Eの間、導体層3Eと3Fの間、導体層3Fと3Gの間、導体層3Gと3Hの間、導体層3Hと3Iの間に挟まれ、それぞれ圧電ユニットB,C,D,E,F,G,Hを構成している。   The laminated piezoelectric actuator element 1 shown in FIG. 1A includes piezoelectric layers 2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F, 2G, and 2H, and conductor layers 3A, 3B, 3C, 3D, 3E, 3F, and 3G. , 3H, 3I are alternately stacked. The piezoelectric layer 2A is sandwiched between the conductor layers 2A and 2B to constitute the piezoelectric unit A. The piezoelectric layers 2B, 2C, 2D, 2E, 2F, 2G, and 2H are also formed between the conductor layers 3B and 3C, between the conductor layers 3C and 3D, between the conductor layers 3D and 3E, and between the conductor layers 3E and 3F. Between the conductor layers 3F and 3G, between the conductor layers 3G and 3H, and between the conductor layers 3H and 3I, and constitutes the piezoelectric units B, C, D, E, F, G, and H, respectively. .

圧電体層2A,2B,2C,2D,2E,2F,2G,2Hのそれぞれは、例えば、チタン酸バリウム、ジルコン酸鉛、ジルコン酸チタン酸鉛等によって形成される。   Each of the piezoelectric layers 2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F, 2G, and 2H is formed of, for example, barium titanate, lead zirconate, lead zirconate titanate, or the like.

導体層3A,3B,3C,3D,3E,3F,3G,3H,3Iとは、それぞれ、一の導体層と、圧電体層2を挟んで一の導体層と隣り合う他の導体層とが、それぞれ対向する側面に導体層3の側端が露出して形成される外部接続用電極部を有する。すなわち、導体層3A,3B,3C,3D,3E,3F,3G,3H,3Iは、積層体4の交互に対向する側面に向けて突設され、積層体4の対向する側面に一層ごとに、導体層3A,3B,3C,3D,3E,3F,3G,3H,3Iの側端が露出して外部接続用電極部5A,5B,5C,5D,5E,5F,5G,5H,5Iを形成している。   Each of the conductor layers 3A, 3B, 3C, 3D, 3E, 3F, 3G, 3H, and 3I includes one conductor layer and another conductor layer adjacent to the one conductor layer with the piezoelectric layer 2 interposed therebetween. Each of the opposing side surfaces has external connection electrode portions formed by exposing the side edges of the conductor layer 3. That is, the conductor layers 3A, 3B, 3C, 3D, 3E, 3F, 3G, 3H, and 3I are protruded toward the alternately opposed side surfaces of the multilayer body 4, and are disposed on the opposite side surfaces of the multilayer body 4 one by one. The side ends of the conductor layers 3A, 3B, 3C, 3D, 3E, 3F, 3G, 3H, 3I are exposed, and the external connection electrodes 5A, 5B, 5C, 5D, 5E, 5F, 5G, 5H, 5I Forming.

この導体層3A,3B,3C,3D,3E,3F,3G,3H,3Iの側端に形成される外部接続用電極部5A,5B,5C,5D,5E,5F,5G,5H,5Iは、それぞれ積層体4の側面に形成された外部電極6A,6B,6Cに接続される。   External connection electrode portions 5A, 5B, 5C, 5D, 5E, 5F, 5G, 5H, 5I formed on the side ends of the conductor layers 3A, 3B, 3C, 3D, 3E, 3F, 3G, 3H, 3I are Are connected to external electrodes 6A, 6B, 6C formed on the side surfaces of the laminate 4, respectively.

この積層型圧電アクチュエータ素子1において、圧電ユニットA、B、CおよびDにおいては、導体層3B,3Dが、外部接続用電極部5B,5Dによって外部電極6Aに接続され、導体層3A,3C,3Eが、外部接続用電極部5A,5C,5Eによって外部電極6Bに接続されている。したがって、この圧電ユニットA、B、CおよびDは、外部電極6Aと外部電極6Bに並列に接続され、一つの圧電ユニット群8Aを構成している。   In this multilayer piezoelectric actuator element 1, in the piezoelectric units A, B, C and D, the conductor layers 3B and 3D are connected to the external electrode 6A by the external connection electrode portions 5B and 5D, and the conductor layers 3A, 3C, 3E is connected to the external electrode 6B by the external connection electrode portions 5A, 5C, and 5E. Accordingly, the piezoelectric units A, B, C, and D are connected in parallel to the external electrode 6A and the external electrode 6B to constitute one piezoelectric unit group 8A.

また、圧電ユニットE、F、G、Hにおいて、導体層3E,3G,3Iが、外部接続用電極部5E,5G,5Iによって外部電極6Bに接続され、導体層3F,3Hが、外部接続用電極部5F,5Hによって、外部電極6Cに接続されている。したがって、この圧電ユニットE、F、G、Hは、外部電極6Bと外部電極6Cに並列に接続され、一つの圧電ユニット群8Bを構成している。   In the piezoelectric units E, F, G, and H, the conductor layers 3E, 3G, and 3I are connected to the external electrode 6B by the external connection electrode portions 5E, 5G, and 5I, and the conductor layers 3F and 3H are for external connection. The electrode portions 5F and 5H are connected to the external electrode 6C. Therefore, the piezoelectric units E, F, G, and H are connected in parallel to the external electrode 6B and the external electrode 6C to constitute one piezoelectric unit group 8B.

そして、この積層型圧電アクチュエータ素子1において、圧電ユニット群8Aと、圧電ユニット群8Bとは、外部電極6Bによって、直列に接続されている。また、直列に接続された圧電ユニット群8Aと、圧電ユニット群8Bとは、導体層3B,3Dに接続された外部電極6Aに接続された交流電源供給部7A、および導体層3F,3Hに接続された外部電極6Cに接続された交流電源供給部7B(アース)を有する。この交流電源供給部7Aと交流電源供給部7B(アース)との間に発振用交流電流を供給して、各圧電ユニットA,B,C,D,E,F,G,Hを発振させ、応答させる。   In the multilayer piezoelectric actuator element 1, the piezoelectric unit group 8A and the piezoelectric unit group 8B are connected in series by the external electrode 6B. The piezoelectric unit group 8A and the piezoelectric unit group 8B connected in series are connected to the AC power supply unit 7A connected to the external electrode 6A connected to the conductor layers 3B and 3D and the conductor layers 3F and 3H. AC power supply unit 7B (ground) connected to external electrode 6C. An oscillating AC current is supplied between the AC power supply unit 7A and the AC power supply unit 7B (earth) to oscillate each of the piezoelectric units A, B, C, D, E, F, G, and H. Make it respond.

この積層型圧電アクチュエータ素子1において、並列に接続された圧電ユニットA、B、CおよびD(各圧電ユニットの静電容量をCa,Cb,Cc,Cdとする)で構成される圧電ユニット群8Aの静電容量は、圧電ユニットA、B、CおよびDの有する各静電容量の合計となる。この圧電ユニット群8Aの静電容量をC1(=Ca+Cb+Cc+Cd)とする。一方、並列に接続された圧電ユニットE、F、GおよびH(各圧電ユニットの静電容量をCe,Cf,Cg,Chとする)で構成される圧電ユニット群8Bの静電容量は、圧電ユニットE、F、GおよびHの有する各静電容量の合計となる。この圧電ユニット群8Bの静電容量をC2(=Ce+Cf+Cg+Ch)とする。したがって、この積層型圧電アクチュエータ素子1は、図1(b)に示すように、静電容量C1の圧電ユニット群8Aと、静電容量C2の圧電ユニット群8Bとが、直列に接続されたものである。したがって、積層型圧電アクチュエータ素子1の静電容量Ctotalは、Ctotal=(1/C1)+(1/C2)となる。これに対して、圧電ユニットA,B,C,D,E,F,G,Hが並列に接続された構成の素子の静電容量は(Ca+Cb+Cc+Cd+Ce+Cf+Cg+Ch)となる。したがって、積層型圧電アクチュエータ素子1の静電容量は、圧電ユニットA,B,C,D,E,F,G,Hが並列に接続された構成の素子の静電容量に比べて低い値となる。そのため、積層型圧電アクチュエータ素子1の充放電時間は、圧電ユニットA,B,C,D,E,F,G,Hが並列に接続された構成の素子よりも短く、これによって、積層型圧電アクチュエータ素子1の応答速度は早くなることがわかる。ここで、Ca=Cb=Cc=Cd=Ce=Cf=Cg=Chである場合、C1=C2となり、結局、積層型圧電アクチュエータ素子1の静電容量は、C1/2となり、この場合、充放電時間は、圧電ユニットA,B,C,D,E,F,G,Hが並列に接続された構成の素子の1/2となる。したがって、応答速度が1/2となり、応答特性が向上する。   In this multilayer piezoelectric actuator element 1, a piezoelectric unit group 8A composed of piezoelectric units A, B, C and D (capacitance of each piezoelectric unit is Ca, Cb, Cc, Cd) connected in parallel. Is the sum of the capacitances of the piezoelectric units A, B, C and D. The capacitance of the piezoelectric unit group 8A is C1 (= Ca + Cb + Cc + Cd). On the other hand, the capacitance of the piezoelectric unit group 8B composed of the piezoelectric units E, F, G and H connected in parallel (the capacitance of each piezoelectric unit is Ce, Cf, Cg, Ch) is This is the sum of the capacitances of the units E, F, G and H. The capacitance of the piezoelectric unit group 8B is C2 (= Ce + Cf + Cg + Ch). Therefore, as shown in FIG. 1 (b), the multilayer piezoelectric actuator element 1 includes a piezoelectric unit group 8A having a capacitance C1 and a piezoelectric unit group 8B having a capacitance C2 connected in series. It is. Therefore, the capacitance Ctotal of the multilayer piezoelectric actuator element 1 is Ctotal = (1 / C1) + (1 / C2). On the other hand, the capacitance of the element in which the piezoelectric units A, B, C, D, E, F, G, and H are connected in parallel is (Ca + Cb + Cc + Cd + Ce + Cf + Cg + Ch). Therefore, the electrostatic capacity of the multilayer piezoelectric actuator element 1 is lower than the electrostatic capacity of the element in which the piezoelectric units A, B, C, D, E, F, G, and H are connected in parallel. Become. For this reason, the charge / discharge time of the multilayer piezoelectric actuator element 1 is shorter than that of the element in which the piezoelectric units A, B, C, D, E, F, G, and H are connected in parallel. It can be seen that the response speed of the actuator element 1 is increased. Here, when Ca = Cb = Cc = Cd = Ce = Cf = Cg = Ch, C1 = C2, and eventually the capacitance of the multilayer piezoelectric actuator element 1 is C1 / 2. The discharge time is ½ of the element in which the piezoelectric units A, B, C, D, E, F, G, and H are connected in parallel. Accordingly, the response speed is halved and the response characteristics are improved.

次に、本発明の第2実施形態および第3実施形態について説明する。
図2(a)は、本発明の第2実施形態に係る積層型圧電アクチュエータ素子20の構造を示す模式図であり、図2(b)は、本発明の第3実施形態に係る積層型圧電アクチュエータ素子30の構造を示す模式図であり、図2(c)は、その積層型圧電アクチュエータ素子20および30の電気的な等価回路を示す図である。
Next, a second embodiment and a third embodiment of the present invention will be described.
FIG. 2A is a schematic diagram showing the structure of a multilayer piezoelectric actuator element 20 according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 2B is a multilayer piezoelectric actuator according to the third embodiment of the present invention. FIG. 2C is a schematic diagram showing the structure of the actuator element 30, and FIG. 2C is a diagram showing an electrical equivalent circuit of the stacked piezoelectric actuator elements 20 and 30.

図2(a)に示す積層型圧電アクチュエータ素子20は、圧電体層22A,22B,22C,22D,22E,22F,22G,22H,22I,22Jと、導体層23A,23B,23C,23D,23E,23F,23G,23H,23I,23J,23Kとが交互に積層された積層体24で構成されている。そして、圧電体層22Aは、導体層22Aと22Bの間に挟まれ、圧電ユニット20Aを構成している。また、圧電体層22B,22C,22D,22E,22F,22G,22H,22I,22Jも、導体層23Bと23Cの間、導体層23Cと23Dの間、導体層23Dと23Eの間、導体層23Eと23Fの間、導体層23Fと23Gの間、導体層23Gと23Hの間、導体層23Hと23Iの間、導体層23Iと23Jの間、導体層23Jと23Kの間に挟まれ、それぞれ圧電ユニット20B,20C,20D,20E,20F,20G,20H,20I,20Jを構成している。   The laminated piezoelectric actuator element 20 shown in FIG. 2A includes piezoelectric layers 22A, 22B, 22C, 22D, 22E, 22F, 22G, 22H, 22I, and 22J, and conductor layers 23A, 23B, 23C, 23D, and 23E. , 23F, 23G, 23H, 23I, 23J, and 23K. The piezoelectric layer 22A is sandwiched between the conductor layers 22A and 22B to constitute the piezoelectric unit 20A. In addition, the piezoelectric layers 22B, 22C, 22D, 22E, 22F, 22G, 22H, 22I, and 22J are also provided between the conductor layers 23B and 23C, between the conductor layers 23C and 23D, between the conductor layers 23D and 23E, and between the conductor layers. 23E and 23F, between the conductor layers 23F and 23G, between the conductor layers 23G and 23H, between the conductor layers 23H and 23I, between the conductor layers 23I and 23J, between the conductor layers 23J and 23K, The piezoelectric units 20B, 20C, 20D, 20E, 20F, 20G, 20H, 20I, and 20J are configured.

導体層23A,23B,23C,23D,23E,23F,23G,23H,23I,23J,23Kは、それぞれ、一の導体層と、圧電体層を挟んで一の導体層と隣り合う他の導体層とが、それぞれ対向する側面に導体層の側端が露出して形成される外部接続用電極部を有する。すなわち、導体層23A,23B,23C,23D,23E,23F,23G,23H,23I,23J,23Kは、積層体24の交互に対向する側面に向けて突設され、積層体24の対向する側面に一層ごとに、導体層23A,23B,23C,23D,23E,23F,23G,23H,23I,23J,23Kの側端が露出して外部接続用電極部25A,25B,25C,25D,25E,25F,25G,25H,25I,25J、25Kを形成している。   The conductor layers 23A, 23B, 23C, 23D, 23E, 23F, 23G, 23H, 23I, 23J, and 23K are respectively one conductor layer and another conductor layer adjacent to the one conductor layer with the piezoelectric layer interposed therebetween. Have external connection electrode portions formed by exposing the side edges of the conductor layers on the opposite side surfaces. That is, the conductor layers 23A, 23B, 23C, 23D, 23E, 23F, 23G, 23H, 23I, 23J, and 23K are projected toward the alternately opposed side surfaces of the multilayer body 24, and the opposite side surfaces of the multilayer body 24 are opposed to each other. For each layer, the side edges of the conductor layers 23A, 23B, 23C, 23D, 23E, 23F, 23G, 23H, 23I, 23J, and 23K are exposed, and the external connection electrode portions 25A, 25B, 25C, 25D, 25E, 25F, 25G, 25H, 25I, 25J, and 25K are formed.

この導体層23A,23B,23C,23D,23E,23F,23G,23H,23I,23J,23Kの側端に形成される外部接続用電極部25A,25B,25C,25D,25E,25F,25G,25H,25I,25J,25Kは、それぞれ積層体24の側面に形成された外部電極26A,26B,26C,26D,26Eに接続される。   External connection electrode portions 25A, 25B, 25C, 25D, 25E, 25F, 25G formed on the side ends of the conductor layers 23A, 23B, 23C, 23D, 23E, 23F, 23G, 23H, 23I, 23J, 23K, 25H, 25I, 25J, and 25K are connected to external electrodes 26A, 26B, 26C, 26D, and 26E formed on the side surfaces of the laminate 24, respectively.

この積層型圧電アクチュエータ素子20において、圧電ユニット20A、20Bおよび20Cにおいては、導体層23A,23Cが、外部接続用電極部25A,25Cによって外部電極26Aに接続され、導体層23B,23Dが、外部接続用電極部25B,25Dによって外部電極26Bに接続されている。したがって、この圧電ユニット20A、20Bおよび20Cは、外部電極26Aと外部電極26Bに並列に接続され、一つの圧電ユニット群28Aを構成している。   In this multilayer piezoelectric actuator element 20, in the piezoelectric units 20A, 20B, and 20C, the conductor layers 23A and 23C are connected to the external electrode 26A by the external connection electrode portions 25A and 25C, and the conductor layers 23B and 23D are externally connected. The connection electrodes 25B and 25D are connected to the external electrode 26B. Therefore, the piezoelectric units 20A, 20B, and 20C are connected in parallel to the external electrode 26A and the external electrode 26B to constitute one piezoelectric unit group 28A.

また、圧電ユニット20E、20Fおよび20Gにおいて、導体層23E,23Gが、外部接続用電極部25E,25Gによって外部電極26Cに接続され、導体層23D,23Fが、外部接続用電極部25D,25Fによって、外部電極26Bおよび26Cに接続されている。したがって、この圧電ユニット20E、20Fおよび20Gは、外部電極26Bと外部電極26Cに並列に接続され、一つの圧電ユニット群28Bを構成している。   In the piezoelectric units 20E, 20F, and 20G, the conductor layers 23E and 23G are connected to the external electrode 26C by the external connection electrode portions 25E and 25G, and the conductor layers 23D and 23F are connected by the external connection electrode portions 25D and 25F. The external electrodes 26B and 26C are connected. Accordingly, the piezoelectric units 20E, 20F, and 20G are connected in parallel to the external electrode 26B and the external electrode 26C to constitute one piezoelectric unit group 28B.

圧電ユニット20Dは、導体層23Dが、外部接続用電極部25Cによって外部電極26Bに接続され、導体層23Eが外部接続用電極部25Eによって外部電極26Cに接続されている。したがって、圧電ユニット20Dは、圧電ユニット群28Aと、圧電ユニット28Bと、それぞれ導体層23Dおよび23Eを介して直列に接続されている。   In the piezoelectric unit 20D, the conductor layer 23D is connected to the external electrode 26B by the external connection electrode portion 25C, and the conductor layer 23E is connected to the external electrode 26C by the external connection electrode portion 25E. Therefore, the piezoelectric unit 20D is connected in series with the piezoelectric unit group 28A and the piezoelectric unit 28B via the conductor layers 23D and 23E, respectively.

また、圧電ユニット20H、20Iおよび20Jにおいて、導体層23H、23Jが、外部接続用電極部25H,25Jによって外部電極26Dに接続され、導体層23I,23Kが、外部接続用電極部25I,25Kによって、外部電極26Eに接続されている。したがって、この圧電ユニット20H、20Iおよび20Jは、外部電極26Dと外部電極26Eに並列に接続され、一つの圧電ユニット群28Cを構成している。   In the piezoelectric units 20H, 20I and 20J, the conductor layers 23H and 23J are connected to the external electrode 26D by the external connection electrode portions 25H and 25J, and the conductor layers 23I and 23K are connected by the external connection electrode portions 25I and 25K. The external electrode 26E is connected. Accordingly, the piezoelectric units 20H, 20I, and 20J are connected in parallel to the external electrode 26D and the external electrode 26E, and constitute one piezoelectric unit group 28C.

そして、この積層型圧電アクチュエータ素子20において、圧電ユニット群28Aと、圧電ユニット20Dと、圧電ユニット群28Bと、圧電ユニット群28Cとは、外部電極26B,26C,26Dによって、直列に接続されている。また、直列に接続された圧電ユニット群28Aと、圧電ユニット20Dと、圧電ユニット群28Bと、圧電ユニット群28Cとは、両端の外部電極26Aおよび26Eにそれぞれ接続された交流電源供給部27Aおよび交流電源供給部27B(アース)を有する。この交流電源供給部27Aと交流電源供給部27B(アース)との間に発振用交流電流を供給して、各圧電ユニット20A,20B,20C,20D,20E,20F,20G,20H,20I,20Jを発振させ、応答させる。   In the multilayer piezoelectric actuator element 20, the piezoelectric unit group 28A, the piezoelectric unit 20D, the piezoelectric unit group 28B, and the piezoelectric unit group 28C are connected in series by external electrodes 26B, 26C, and 26D. . The piezoelectric unit group 28A, the piezoelectric unit 20D, the piezoelectric unit group 28B, and the piezoelectric unit group 28C connected in series are connected to the AC power supply unit 27A and the AC connected to the external electrodes 26A and 26E at both ends, respectively. It has a power supply unit 27B (ground). An oscillating AC current is supplied between the AC power supply unit 27A and the AC power supply unit 27B (earth), so that each of the piezoelectric units 20A, 20B, 20C, 20D, 20E, 20F, 20G, 20H, 20I, and 20J. Oscillates and makes it respond.

この積層型圧電アクチュエータ素子20において、並列に接続された圧電ユニット20A、20Bおよび20C(各圧電ユニットの静電容量をCa,Cb,Ccとする)で構成される圧電ユニット群28Aの静電容量は、圧電ユニット20A、20Bおよび20Cの有する各静電容量の合計となる。この圧電ユニット群28Aの静電容量をC1(=Ca+Cb+Cc)とする。一方、並列に接続された圧電ユニット20E、20Fおよび20G(各圧電ユニットの静電容量をCe,Cf,Cgとする)で構成される圧電ユニット群28Bの静電容量は、20E、20Fおよび20Gの有する各静電容量の合計となる。この圧電ユニット群28Bの静電容量をC2(=Ce+Cf+Cg)とする。また、並列に接続された圧電ユニット20H、20Iおよび20J(各圧電ユニットの静電容量をCh,Ci,Cjとする)で構成される圧電ユニット群28Cの静電容量は、圧電ユニット20H、20Iおよび20Jの有する各静電容量の合計となる。この圧電ユニット群28Cの静電容量をC3(=Ch+Ci+Cj)とする。さらに、圧電ユニット20Dの静電容量をCdとする。   In this multilayer piezoelectric actuator element 20, the capacitance of a piezoelectric unit group 28A composed of piezoelectric units 20A, 20B and 20C connected in parallel (capacitance of each piezoelectric unit is Ca, Cb, Cc). Is the sum of the capacitances of the piezoelectric units 20A, 20B and 20C. The capacitance of the piezoelectric unit group 28A is C1 (= Ca + Cb + Cc). On the other hand, the capacitance of the piezoelectric unit group 28B composed of the piezoelectric units 20E, 20F, and 20G connected in parallel (the capacitance of each piezoelectric unit is Ce, Cf, and Cg) is 20E, 20F, and 20G. It becomes the total of each electrostatic capacitance which has. The capacitance of the piezoelectric unit group 28B is C2 (= Ce + Cf + Cg). Further, the capacitance of the piezoelectric unit group 28C composed of the piezoelectric units 20H, 20I and 20J connected in parallel (the capacitance of each piezoelectric unit is Ch, Ci, Cj) is the piezoelectric unit 20H, 20I. And the total capacitance of 20J. The capacitance of the piezoelectric unit group 28C is C3 (= Ch + Ci + Cj). Further, the capacitance of the piezoelectric unit 20D is Cd.

ここで、この積層型圧電アクチュエータ素子20は、図2(c)に示すように、静電容量C1の圧電ユニット群28Aと、静電容量Cdの圧電ユニット20Dと、静電容量C2の圧電ユニット群28Bと、静電容量C3の圧電ユニット群28Cが、直列に接続されたものである。したがって、積層型圧電アクチュエータ素子1の静電容量Ctotalは、Ctotal=(1/C1)+(1/Cd)+(1/C2)+(1/C3)となる。これに対して、圧電ユニット20A,20B,20C,20D,20E,20F,20G,20H,20I,20Jが並列に接続された構成の素子の静電容量はC(Ca+Cb+Cc+Cd+Ce+Cf+Cg+Ch+Ci+Cj)となる。したがって、積層型圧電アクチュエータ素子20の静電容量は、圧電ユニットA,B,C,D,E,F,G,Hが並列に接続された構成の素子の静電容量に比べて低い値となる。そのため、積層型圧電アクチュエータ素子20の充放電時間は、圧電ユニット20A,20B,20C,20D,20E,20F,20G,20H,20I,20Jが並列に接続された構成の素子よりも短く、これによって、積層型圧電アクチュエータ素子20の応答速度は早くなり、応答特性が向上する。   Here, as shown in FIG. 2C, the laminated piezoelectric actuator element 20 includes a piezoelectric unit group 28A having a capacitance C1, a piezoelectric unit 20D having a capacitance Cd, and a piezoelectric unit having a capacitance C2. The group 28B and the piezoelectric unit group 28C having the capacitance C3 are connected in series. Therefore, the capacitance Ctotal of the multilayer piezoelectric actuator element 1 is Ctotal = (1 / C1) + (1 / Cd) + (1 / C2) + (1 / C3). On the other hand, the capacitance of the element in which the piezoelectric units 20A, 20B, 20C, 20D, 20E, 20F, 20G, 20H, 20I, and 20J are connected in parallel is C (Ca + Cb + Cc + Cd + Ce + Cf + Cg + Ch + Ci + Cj). Therefore, the electrostatic capacity of the multilayer piezoelectric actuator element 20 is lower than the electrostatic capacity of the element in which the piezoelectric units A, B, C, D, E, F, G, and H are connected in parallel. Become. Therefore, the charge / discharge time of the multilayer piezoelectric actuator element 20 is shorter than that of the element in which the piezoelectric units 20A, 20B, 20C, 20D, 20E, 20F, 20G, 20H, 20I, and 20J are connected in parallel. The response speed of the multilayer piezoelectric actuator element 20 is increased, and the response characteristics are improved.

次に、図2(b)は、本発明の第3実施形態に係る積層型圧電アクチュエータ素子30の構造を示す模式図である。   Next, FIG.2 (b) is a schematic diagram which shows the structure of the laminated piezoelectric actuator element 30 which concerns on 3rd Embodiment of this invention.

図2(b)に示す積層型圧電アクチュエータ素子30は、圧電体層32A,32B,32C,32D,32E,32F,32G,32H,32I,32J,32K,32L,32M,32Nと、導体層33A,33B,33C,33D,33E,33F,33G,33H,33I,33J,33K,33L,33M,33N,33Pとが交互に積層された積層体34で構成されている。そして、圧電体層32Aは、導体層33Aと33Bの間に挟まれ、圧電ユニット30Aを構成している。また、圧電体層32B,32C,32D,32E,32F,32G,32H,32I,32J,32K,32L,32M,32Nも、導体層33Bと33Cの間、導体層33Cと33Dの間、導体層33Dと33Eの間、導体層33Eと33Fの間、導体層33Fと33Gの間、導体層33Gと33Hの間、導体層33Hと33Iの間、導体層33Iと33Jの間、導体層33Kと33Lの間、導体層33Lと33Mの間、導体層33Nと導体層33Pの間に挟まれ、それぞれ圧電ユニット30B,30C,30D,30E,30F,30G,30H,30I,30J,30K,30L,30M,30Nを構成している。   The laminated piezoelectric actuator element 30 shown in FIG. 2B includes piezoelectric layers 32A, 32B, 32C, 32D, 32E, 32F, 32G, 32H, 32I, 32J, 32K, 32L, 32M, and 32N, and a conductor layer 33A. , 33B, 33C, 33D, 33E, 33F, 33G, 33H, 33I, 33J, 33K, 33L, 33M, 33N, and 33P. The piezoelectric layer 32A is sandwiched between the conductor layers 33A and 33B to constitute a piezoelectric unit 30A. Further, the piezoelectric layers 32B, 32C, 32D, 32E, 32F, 32G, 32H, 32I, 32J, 32K, 32L, 32M, and 32N are also provided between the conductor layers 33B and 33C, between the conductor layers 33C and 33D, and between the conductor layers 33C and 33D. 33D and 33E, between conductor layers 33E and 33F, between conductor layers 33F and 33G, between conductor layers 33G and 33H, between conductor layers 33H and 33I, between conductor layers 33I and 33J, and between conductor layers 33K 33L, between the conductor layers 33L and 33M, and between the conductor layer 33N and the conductor layer 33P, respectively, and the piezoelectric units 30B, 30C, 30D, 30E, 30F, 30G, 30H, 30I, 30J, 30K, 30L, 30M and 30N are configured.

導体層33A,33B,33C,33D,33E,33F,33G,33H,33I,33J,33K,33L,33M,33N,33Pと、圧電体層32A,32B,32C,32D,32E,32F,32G,32H,32I,32J,32K,32L,32M,32Nとは、それぞれ、一の導体層と、圧電体層を挟んで一の導体層と隣り合う他の導体層とが、それぞれ対向する側面に導体層の側端が露出して形成される外部接続用電極部を有する。すなわち、導体層3A,33B,33C,33D,33E,33F,33G,33H,33I,33J,33K,33L,33M,33N,33Pは、積層体34の交互に対向する側面に向けて突設され、積層体34の対向する側面に一層ごとに、導体層3A,33B,33C,33D,33E,33F,33G,33H,33I,33J,33K,33L,33M,33N,33Pの側端が露出して外部接続用電極部35A,35B,35C,35D,35E,35F,35G,35H,35I,35J,35K,35L,35M,35N,35Pを形成している。   Conductor layers 33A, 33B, 33C, 33D, 33E, 33F, 33G, 33H, 33I, 33J, 33K, 33L, 33M, 33N, 33P, and piezoelectric layers 32A, 32B, 32C, 32D, 32E, 32F, 32G, 32H, 32I, 32J, 32K, 32L, 32M, and 32N are conductors on the side surfaces where one conductor layer and another conductor layer adjacent to one conductor layer sandwiching the piezoelectric layer are opposed to each other. An external connection electrode portion is formed by exposing the side end of the layer. That is, the conductor layers 3A, 33B, 33C, 33D, 33E, 33F, 33G, 33H, 33I, 33J, 33K, 33L, 33M, 33N, and 33P are projected toward the alternately opposed side surfaces of the multilayer body 34. The side edges of the conductor layers 3A, 33B, 33C, 33D, 33E, 33F, 33G, 33H, 33I, 33J, 33K, 33L, 33M, 33N, and 33P are exposed on the opposite side surfaces of the laminate 34. The external connection electrode portions 35A, 35B, 35C, 35D, 35E, 35F, 35G, 35H, 35I, 35J, 35K, 35L, 35M, 35N, and 35P are formed.

この導体層33A,33B,33C,33D,33E,33F,33G,33H,33I,33J,33K,33L,33M,33N,33Pの側端に形成される外部接続用電極部35A,35B,35C,35D,35E,35F,35G,35H,35I,35J,35K,35L,35M,35N,35Pは、それぞれ積層体34の側面に形成され
た外部電極36A,36B,36C,36D,36E,36F,36Gに接続される。
External connection electrode portions 35A, 35B, 35C formed on the side ends of the conductor layers 33A, 33B, 33C, 33D, 33E, 33F, 33G, 33H, 33I, 33J, 33K, 33L, 33M, 33N, 33P, 35D, 35E, 35F, 35G, 35H, 35I, 35J, 35K, 35L, 35M, 35N, and 35P are external electrodes 36A, 36B, 36C, 36D, 36E, 36F, and 36G formed on the side surfaces of the laminate 34, respectively. Connected to.

この積層型圧電アクチュエータ素子30において、圧電ユニット30Aにおいては、導体層33Aが、外部接続用電極部35Aによって外部電極36Aに接続され、導体層33Bが、外部接続用電極部35Bによって外部電極36Bに接続されている。また、圧電ユニット30B,30C,30D,30E,30F,35G,35H,35I,35J,35K,35L,35M,35N,35Pにおいても、同様である。   In the multilayer piezoelectric actuator element 30, in the piezoelectric unit 30A, the conductor layer 33A is connected to the external electrode 36A by the external connection electrode portion 35A, and the conductor layer 33B is connected to the external electrode 36B by the external connection electrode portion 35B. It is connected. The same applies to the piezoelectric units 30B, 30C, 30D, 30E, 30F, 35G, 35H, 35I, 35J, 35K, 35L, 35M, 35N, and 35P.

そして、この積層型圧電アクチュエータ素子30において、圧電ユニット30A、30Bおよび30Cにおいては、導体層33A,33Cが、外部接続用電極部35A,35Cによって外部電極36Aに接続され、導体層33B,33Dが、外部接続用電極部35B,35Dによって外部電極36Bに接続されている。したがって、この圧電ユニット30A、30Bおよび30Cは、外部電極36Aと外部電極36Bに並列に接続され、一つの圧電ユニット群38Aを構成している。   In this multilayer piezoelectric actuator element 30, in the piezoelectric units 30A, 30B and 30C, the conductor layers 33A and 33C are connected to the external electrode 36A by the external connection electrode portions 35A and 35C, and the conductor layers 33B and 33D are connected. The external connection electrode portions 35B and 35D are connected to the external electrode 36B. Accordingly, the piezoelectric units 30A, 30B, and 30C are connected in parallel to the external electrode 36A and the external electrode 36B to constitute one piezoelectric unit group 38A.

圧電ユニット30Dは、導体層33Dが、外部接続用電極部35Dによって外部電極36Bに接続され、導体層33Eが、外部接続用電極部35Eによって外部電極36Cに接続されている。この圧電ユニット30Dは、圧電ユニット群38Aと、後記の圧電ユニット群38Bとの間を直列に接続している。   In the piezoelectric unit 30D, the conductor layer 33D is connected to the external electrode 36B by the external connection electrode portion 35D, and the conductor layer 33E is connected to the external electrode 36C by the external connection electrode portion 35E. In the piezoelectric unit 30D, a piezoelectric unit group 38A and a piezoelectric unit group 38B described later are connected in series.

また、圧電ユニット30E、30Fおよび30Gにおいて、導体層33E,33Gが、外部接続用電極部35E,35Gによって外部電極36Cに接続され、導体層33F,33Hが、外部接続用電極部35F,35Hによって、外部電極36Dに接続されている。したがって、この圧電ユニット30E、30Fおよび30Gは、外部電極36Cと外部電極36Dに並列に接続され、一つの圧電ユニット群38Bを構成している。   In the piezoelectric units 30E, 30F, and 30G, the conductor layers 33E and 33G are connected to the external electrode 36C by the external connection electrode portions 35E and 35G, and the conductor layers 33F and 33H are connected by the external connection electrode portions 35F and 35H. Are connected to the external electrode 36D. Accordingly, the piezoelectric units 30E, 30F, and 30G are connected in parallel to the external electrode 36C and the external electrode 36D, and constitute one piezoelectric unit group 38B.

圧電ユニット30Hは、導体層33Hが、外部接続用電極部35Hによって外部電極36Dに接続され、導体層33Iが、外部接続用電極部35Iによって外部電極36Eに接続されている。この圧電ユニット30Hは、圧電ユニット群38Bと、後記の圧電ユニット群38Cとの間を直列に接続している。   In the piezoelectric unit 30H, the conductor layer 33H is connected to the external electrode 36D by the external connection electrode portion 35H, and the conductor layer 33I is connected to the external electrode 36E by the external connection electrode portion 35I. The piezoelectric unit 30H connects a piezoelectric unit group 38B and a piezoelectric unit group 38C described later in series.

また、圧電ユニット30I、30Jおよび30Kにおいて、導体層33Iおよび33Kが、外部接続用電極部35I,35Kによって外部電極36Eに接続され、導体層33J,23Lが、外部接続用電極部35J,35Lによって、外部電極36Fに接続されている。したがって、この圧電ユニット30I、30Jおよび30Kは、外部電極36Eと外部電極36Fに並列に接続され、一つの圧電ユニット群38Cを構成している。   In the piezoelectric units 30I, 30J and 30K, the conductor layers 33I and 33K are connected to the external electrode 36E by the external connection electrode portions 35I and 35K, and the conductor layers 33J and 23L are connected by the external connection electrode portions 35J and 35L. The external electrode 36F is connected. Accordingly, the piezoelectric units 30I, 30J, and 30K are connected in parallel to the external electrode 36E and the external electrode 36F, and constitute one piezoelectric unit group 38C.

さらに、圧電ユニット30L、30Mおよび30Nにおいて、導体層33Lおよび33Nが、外部接続用電極部35L,35Nによって外部電極36Fに接続され、導体層33M,33Pが、外部接続用電極部35M,35Pによって、外部電極36Gに接続されている。したがって、この圧電ユニット30L、30Mおよび30Nは、外部電極36Fと外部電極36Gに並列に接続され、一つの圧電ユニット群38Dを構成している。   Furthermore, in the piezoelectric units 30L, 30M, and 30N, the conductor layers 33L and 33N are connected to the external electrode 36F by the external connection electrode portions 35L and 35N, and the conductor layers 33M and 33P are connected by the external connection electrode portions 35M and 35P. The external electrode 36G is connected. Therefore, the piezoelectric units 30L, 30M, and 30N are connected in parallel to the external electrode 36F and the external electrode 36G to constitute one piezoelectric unit group 38D.

そして、この積層型圧電アクチュエータ素子30において、圧電ユニット群38Aと、圧電ユニット30Dと、圧電ユニット群38Bと、圧電ユニット30Hと、圧電ユニット群28Cと、圧電ユニット群38Dとは、外部電極36B,36C,36D,36E,6F,36Gによって、直列に接続されている。また、直列に接続された圧電ユニット群38Aと、圧電ユニット30Dと、圧電ユニット群38Bと、圧電ユニット30Hと、圧電ユニット群28Cと、圧電ユニット群38Dとは、両端の外部電極36Aおよび36Gにそれぞれ接続された交流電源供給部37Aおよび交流電源供給部37B(アース)を有する。この交流電源供給部37Aと交流電源供給部37B(アース)との間に発振用交流電流を供給して、各圧電ユニット30A,30B,30C,30D,30E,30F,30G,30H,30I,30J,30K,30L,30M,30Nを発振させ、応答させる。   In this stacked piezoelectric actuator element 30, the piezoelectric unit group 38A, the piezoelectric unit 30D, the piezoelectric unit group 38B, the piezoelectric unit 30H, the piezoelectric unit group 28C, and the piezoelectric unit group 38D are external electrodes 36B, 36C, 36D, 36E, 6F, and 36G are connected in series. In addition, the piezoelectric unit group 38A, the piezoelectric unit 30D, the piezoelectric unit group 38B, the piezoelectric unit 30H, the piezoelectric unit group 28C, and the piezoelectric unit group 38D connected in series are connected to the external electrodes 36A and 36G at both ends. Each has an AC power supply unit 37A and an AC power supply unit 37B (ground) connected to each other. An oscillating AC current is supplied between the AC power supply unit 37A and the AC power supply unit 37B (earth), so that each of the piezoelectric units 30A, 30B, 30C, 30D, 30E, 30F, 30G, 30H, 30I, and 30J. , 30K, 30L, 30M, 30N are oscillated and made to respond.

この積層型圧電アクチュエータ素子30において、並列に接続された圧電ユニット30A、30Bおよび30C(各圧電ユニットの静電容量をCa,Cb,Ccとする)で構成される圧電ユニット群38Aの静電容量は、圧電ユニット30A、30Bおよび30Cの有する各静電容量の合計となる。この圧電ユニット群38Aの静電容量をC1(=Ca+Cb+Cc)とする。一方、並列に接続された圧電ユニット30E、30Fおよび30G(各圧電ユニットの静電容量をCe,Cf,Cgとする)で構成される圧電ユニット群38Bの静電容量は、圧電ユニット30E、30Fおよび30Gの有する各静電容量の合計となる。この圧電ユニット群38Bの静電容量をC2(=Ce+Cf+Cg)とする。また、並列に接続された圧電ユニット30I、30Jおよび30K(各圧電ユニットの静電容量をCi,Cj,Ckとする)で構成される圧電ユニット群38Cの静電容量は、圧電ユニット30I、30Jおよび30Kの有する各静電容量の合計となる。この圧電ユニット群38Cの静電容量をC3(=Ci+Cj+Ck)とする。さらに、圧電ユニット30Dおよび30Hの静電容量をCdおよびChとする。また、並列に接続された圧電ユニット30L、30Mおよび30N(各圧電ユニットの静電容量をCl,Cm,Cnとする)で構成される圧電ユニット群38Dの静電容量は、圧電ユニット30L、39Mおよび30Nの有する静電容量の合計となる。この圧電ユニット群38Dの静電容量をC4(=Cl+Cm+Cn)とする。   In this laminated piezoelectric actuator element 30, the capacitance of a piezoelectric unit group 38A composed of piezoelectric units 30A, 30B and 30C connected in parallel (capacitance of each piezoelectric unit is Ca, Cb, Cc). Is the sum of the capacitances of the piezoelectric units 30A, 30B and 30C. The capacitance of the piezoelectric unit group 38A is C1 (= Ca + Cb + Cc). On the other hand, the capacitance of the piezoelectric unit group 38B composed of the piezoelectric units 30E, 30F, and 30G connected in parallel (the capacitance of each piezoelectric unit is Ce, Cf, Cg) is the piezoelectric unit 30E, 30F. And the total capacitance of 30G. The capacitance of the piezoelectric unit group 38B is C2 (= Ce + Cf + Cg). Further, the capacitance of the piezoelectric unit group 38C composed of the piezoelectric units 30I, 30J and 30K connected in parallel (the capacitance of each piezoelectric unit is Ci, Cj, Ck) is the piezoelectric unit 30I, 30J. And the total capacitance of 30K. The capacitance of the piezoelectric unit group 38C is C3 (= Ci + Cj + Ck). Further, the capacitances of the piezoelectric units 30D and 30H are Cd and Ch. In addition, the capacitance of the piezoelectric unit group 38D composed of the piezoelectric units 30L, 30M, and 30N connected in parallel (the capacitance of each piezoelectric unit is Cl, Cm, Cn) is the piezoelectric unit 30L, 39M. And the total capacitance of 30N. The capacitance of the piezoelectric unit group 38D is C4 (= Cl + Cm + Cn).

この積層型圧電アクチュエータ素子30において、直列に接続された圧電ユニット群38A、圧電ユニット30D、圧電ユニット群38B、圧電ユニット30H、圧電ユニット群28Cおよび圧電ユニット群38Dで構成される積層型圧電アクチュエータ素子30の静電容量は、(1/C1)+(1/Cd)+(1/C2)+(1/Ch)+(1/C3)+(1/C4)となる。   In this multilayer piezoelectric actuator element 30, a multilayer piezoelectric actuator element comprising a piezoelectric unit group 38A, a piezoelectric unit 30D, a piezoelectric unit group 38B, a piezoelectric unit 30H, a piezoelectric unit group 28C, and a piezoelectric unit group 38D connected in series. The capacitance of 30 is (1 / C1) + (1 / Cd) + (1 / C2) + (1 / Ch) + (1 / C3) + (1 / C4).

これに対して、圧電ユニットユニット30A,30B,30C,30D,30E,30F,30G,30H,30I,30J,30K,30L,30M,30Nが並列に接続された構成の素子の静電容量は(Ca+Cb+Cc+Cd+Ce+Cf+Cg+Ch+Ci+Cj+Ck+Cm+Cn)となる。したがって、積層型圧電アクチュエータ素子30の静電容量は、圧電ユニットユニット30A,30B,30C,30D,30E,30F,30G,30H,30I,30J,30K,30L,30M,30Nが並列に接続された構成の素子の静電容量に比べて低い値となる。そのため、積層型圧電アクチュエータ素子30の充放電時間は、圧電ユニットユニット30A,30B,30C,30D,30E,30F,30G,30H,30I,30J,30K,30L,30M,30Nが並列に接続された構成の素子よりも短く、これによって、積層型圧電アクチュエータ素子30の応答速度は早くなり、応答特性が向上する。   On the other hand, the capacitance of the element in which the piezoelectric unit units 30A, 30B, 30C, 30D, 30E, 30F, 30G, 30H, 30I, 30J, 30K, 30L, 30M, and 30N are connected in parallel is ( Ca + Cb + Cc + Cd + Ce + Cf + Cg + Ch + Ci + Cj + Ck + Cm + Cn). Accordingly, the capacitance of the multilayer piezoelectric actuator element 30 is such that the piezoelectric unit units 30A, 30B, 30C, 30D, 30E, 30F, 30G, 30H, 30I, 30J, 30K, 30L, 30M, and 30N are connected in parallel. It becomes a low value compared with the electrostatic capacitance of the element of a structure. Therefore, the charge / discharge time of the multilayer piezoelectric actuator element 30 is such that the piezoelectric unit units 30A, 30B, 30C, 30D, 30E, 30F, 30G, 30H, 30I, 30J, 30K, 30L, 30M, and 30N are connected in parallel. Thus, the response speed of the multilayer piezoelectric actuator element 30 is increased and the response characteristics are improved.

次に、図3は、本発明の第4実施形態に係る積層型圧電アクチュエータ素子40の構造を示す模式図であり、図2(b)は、その積層型圧電アクチュエータ素子40の電気的な等価回路を示す図である。   Next, FIG. 3 is a schematic diagram showing a structure of a multilayer piezoelectric actuator element 40 according to the fourth embodiment of the present invention, and FIG. 2B is an electrical equivalent of the multilayer piezoelectric actuator element 40. It is a figure which shows a circuit.

図3(a)に示す積層型圧電アクチュエータ素子40は、圧電体層42A,42B,42C,42D,42E,42F,42G,42H,42I,42Jと、導体層43A,43B,43C,43D,43E,43F,43G,43H,43I,43Jとが交互に積層された積層体44で構成されている。そして、圧電体層42Aは、導体層43Aと43Bの間に挟まれ、圧電ユニット40Aを構成している。また、圧電体層42B,42C,42D,42E,42F,42G,42H,42I,42Jも、導体層43Bと43Cの間、導体層43Cと43Dの間、導体層43Dと43Eの間、導体層43Fと43Gの間、導体層43Gと43Hの間、導体層43Hと43Iの間、および導体層43Iと43Jの間に挟まれ、それぞれ圧電ユニット40B,40C,40D,40F,40G,40Hを構成している。そして、圧電ユニット40Dと、圧電ユニット40Fとの間は、接合層49によって分けられている。この接合層49は、エポキシやシリコンに代表される絶縁性接着材で形成される。   The laminated piezoelectric actuator element 40 shown in FIG. 3A includes piezoelectric layers 42A, 42B, 42C, 42D, 42E, 42F, 42G, 42H, 42I, and 42J, and conductor layers 43A, 43B, 43C, 43D, and 43E. , 43F, 43G, 43H, 43I, and 43J. The piezoelectric layer 42A is sandwiched between the conductor layers 43A and 43B to constitute the piezoelectric unit 40A. Further, the piezoelectric layers 42B, 42C, 42D, 42E, 42F, 42G, 42H, 42I, and 42J are also provided between the conductor layers 43B and 43C, between the conductor layers 43C and 43D, between the conductor layers 43D and 43E, and between the conductor layers. It is sandwiched between 43F and 43G, between conductor layers 43G and 43H, between conductor layers 43H and 43I, and between conductor layers 43I and 43J, and constitutes piezoelectric units 40B, 40C, 40D, 40F, 40G, and 40H, respectively. is doing. The piezoelectric unit 40D and the piezoelectric unit 40F are separated by a bonding layer 49. The bonding layer 49 is formed of an insulating adhesive material typified by epoxy or silicon.

導体層43A,43B,43C,43D,43E,43F,43G,43H,43I,43Jは、それぞれ、一の導体層と、圧電体層を挟んで一の導体層と隣り合う他の導体層とが、それぞれ対向する側面に導体層の側端が露出して形成される外部接続用電極部を有する。すなわち、導体層43A,43B,43C,43D,43E,43F,43G,43H,43I,43Jは、積層体44の交互に対向する側面に向けて突設され、積層体44の対向する側面に一層ごとに、導体層43A,43B,43C,43D,43E,43F,43G,43H,43I,43Jの側端が露出して外部接続用電極部45A,45B,45C,45D,45E,45F,45G,45H,45I,45Jを形成している。   Each of the conductor layers 43A, 43B, 43C, 43D, 43E, 43F, 43G, 43H, 43I, and 43J includes one conductor layer and another conductor layer adjacent to the one conductor layer with the piezoelectric layer interposed therebetween. The external connection electrode portions are formed on the side surfaces facing each other, with the side edges of the conductor layers exposed. That is, the conductor layers 43A, 43B, 43C, 43D, 43E, 43F, 43G, 43H, 43I, and 43J are protruded toward the alternately opposing side surfaces of the multilayer body 44, and are further formed on the opposing side surfaces of the multilayer body 44. In each case, the side ends of the conductor layers 43A, 43B, 43C, 43D, 43E, 43F, 43G, 43H, 43I, 43J are exposed, and the external connection electrode portions 45A, 45B, 45C, 45D, 45E, 45F, 45G, 45H, 45I, and 45J are formed.

この導体層43A,43B,43C,43D,43E,43F,43G,43H,43I,43Jの側端に形成される外部接続用電極部45A,45B,45C,45D,45E,45F,45G,45H,45I,45Jは、それぞれ積層体44の側面に形成された外部電極46A,46B,46Cに接続される。   External connection electrode portions 45A, 45B, 45C, 45D, 45E, 45F, 45G, 45H, formed on the side ends of the conductor layers 43A, 43B, 43C, 43D, 43E, 43F, 43G, 43H, 43I, 43J, 45I and 45J are connected to external electrodes 46A, 46B and 46C formed on the side surfaces of the laminate 44, respectively.

この積層型圧電アクチュエータ素子40において、圧電ユニット40A、40B、40Cおよび40Dにおいては、導体層43A,43C,43Eが、外部接続用電極部45A,45C,45Eによって外部電極46Aに接続され、導体層43B,43Dが、外部接続用電極部45B,45Dによって外部電極46Bに接続されている。したがって、この圧電ユニット40A、40B、40Cおよび40Dは、外部電極46Aと外部電極46Bに並列に接続され、一つの圧電ユニット群48Aを構成している。   In this multilayer piezoelectric actuator element 40, in the piezoelectric units 40A, 40B, 40C, and 40D, the conductor layers 43A, 43C, and 43E are connected to the external electrode 46A by the external connection electrode portions 45A, 45C, and 45E. 43B and 43D are connected to the external electrode 46B by external connection electrode portions 45B and 45D. Accordingly, the piezoelectric units 40A, 40B, 40C, and 40D are connected in parallel to the external electrode 46A and the external electrode 46B to constitute one piezoelectric unit group 48A.

また、圧電ユニット40F,40G,49Hおよび40Iにおいて、導体層43F,43H,43Jが、外部接続用電極部45F,45H,45Jによって外部電極46Cに接続され、導体層43G,43Iが、外部接続用電極部45G,45Iによって、外部電極46Bに接続されている。したがって、この圧電ユニット40F,40G,49Hおよび40Iは、外部電極46Bと外部電極46Cに並列に接続され、一つの圧電ユニット群48Bを構成している。   In the piezoelectric units 40F, 40G, 49H, and 40I, the conductor layers 43F, 43H, and 43J are connected to the external electrode 46C by the external connection electrode portions 45F, 45H, and 45J, and the conductor layers 43G and 43I are for external connection. The electrode portions 45G and 45I are connected to the external electrode 46B. Therefore, the piezoelectric units 40F, 40G, 49H, and 40I are connected in parallel to the external electrode 46B and the external electrode 46C to constitute one piezoelectric unit group 48B.

そして、この積層型圧電アクチュエータ素子40において、圧電ユニット群48Aと、圧電ユニット群48Bとは、外部電極46A,46B,46Cによって、直列に接続されている。また、直列に接続された圧電ユニット群48Aと、圧電ユニット群48Bとは、外部電極46Aに接続された交流電源供給部47A、および外部電極46Eに接続された交流電源供給部47B(アース)を有する。この交流電源供給部47Aと交流電源供給部47B(アース)との間に発振用交流電流を供給して、各圧電ユニット40A,40B,40C,40D,40F,40G,40Hを発振させ、応答させる。   In the multilayer piezoelectric actuator element 40, the piezoelectric unit group 48A and the piezoelectric unit group 48B are connected in series by external electrodes 46A, 46B, and 46C. The piezoelectric unit group 48A and the piezoelectric unit group 48B connected in series include an AC power supply unit 47A connected to the external electrode 46A and an AC power supply unit 47B (ground) connected to the external electrode 46E. Have. An oscillating AC current is supplied between the AC power supply unit 47A and the AC power supply unit 47B (earth) to oscillate and respond to the piezoelectric units 40A, 40B, 40C, 40D, 40F, 40G, and 40H. .

この積層型圧電アクチュエータ素子40において、並列に接続された圧電ユニット40A、40B、40Cおよび40D(各圧電ユニットの静電容量をCa,Cb,Cc,Cdとする)で構成される圧電ユニット群48Aの静電容量は、圧電ユニット40A、40B、40Cおよび40Dの有する各静電容量の合計となる。この圧電ユニット群48Aの静電容量をC1(=Ca+Cb+Cc+Cd)とする。一方、並列に接続された圧電ユニット40F,40G,49Hおよび40I(各圧電ユニットの静電容量をCf,Cg,Ch,Ciとする)で構成される圧電ユニット群48Bの静電容量は、圧電ユニット40F,40G,49Hおよび40Iの有する各静電容量の合計となる。この圧電ユニット群48Bの静電容量をC2(=Cf+Cg+Ch+Ci)とする。   In this multilayer piezoelectric actuator element 40, a piezoelectric unit group 48A composed of piezoelectric units 40A, 40B, 40C and 40D connected in parallel (capacitance of each piezoelectric unit is Ca, Cb, Cc, Cd). Is the total of the capacitances of the piezoelectric units 40A, 40B, 40C and 40D. The capacitance of the piezoelectric unit group 48A is C1 (= Ca + Cb + Cc + Cd). On the other hand, the capacitance of the piezoelectric unit group 48B composed of the piezoelectric units 40F, 40G, 49H, and 40I connected in parallel (the capacitance of each piezoelectric unit is Cf, Cg, Ch, Ci) is This is the sum of the capacitances of the units 40F, 40G, 49H and 40I. The capacitance of the piezoelectric unit group 48B is C2 (= Cf + Cg + Ch + Ci).

ここで、この積層型圧電アクチュエータ素子40は、図3(b)に示すように、静電容量C1の圧電ユニット群48Aと、静電容量C2の圧電ユニット群48Bとが、直列に接続されたものである。したがって、積層型圧電アクチュエータ素子40の静電容量Ctotalは、Ctotal=(1/C1)+(1/C2)となる。これに対して、圧電ユニット40A,40B,40C,40D,40F,40G,40Hが並列に接続された構成の素子の静電容量は(Ca+Cb+Cc+Cd+Cf+Cg+Ch+Ci)となる。したがって、積層型圧電アクチュエータ素子40の静電容量は、圧電ユニット40A,40B,40C,40D,40F,40G,40Hが並列に接続された構成の素子の静電容量に比べて低い値となる。そのため、積層型圧電アクチュエータ素子40の充放電時間は、圧電ユニット40A,40B,40C,40D,40F,40G,40Hが並列に接続された構成の素子よりも短く、これによって、積層型圧電アクチュエータ素子40の応答速度は早くなることがわかる。ここで、Ca=Cb=Cc=Cd=Cf=Cg=Ch=Ciである場合、C1=C2となり、結局、積層型圧電アクチュエータ素子40の静電容量は、C1/2となり、この場合、充放電時間は、圧電ユニット40A,40B,40C,40D,40F,40G,40Hが並列に接続された構成の素子の1/2となる。したがって、応答速度が1/2となり、応答特性が向上する。   Here, as shown in FIG. 3B, in this multilayer piezoelectric actuator element 40, a piezoelectric unit group 48A having a capacitance C1 and a piezoelectric unit group 48B having a capacitance C2 are connected in series. Is. Therefore, the capacitance Ctotal of the multilayer piezoelectric actuator element 40 is Ctotal = (1 / C1) + (1 / C2). On the other hand, the capacitance of the element in which the piezoelectric units 40A, 40B, 40C, 40D, 40F, 40G, and 40H are connected in parallel is (Ca + Cb + Cc + Cd + Cf + Cg + Ch + Ci). Therefore, the capacitance of the multilayer piezoelectric actuator element 40 is lower than the capacitance of the element in which the piezoelectric units 40A, 40B, 40C, 40D, 40F, 40G, and 40H are connected in parallel. Therefore, the charge / discharge time of the multilayer piezoelectric actuator element 40 is shorter than that of the element in which the piezoelectric units 40A, 40B, 40C, 40D, 40F, 40G, and 40H are connected in parallel. It can be seen that the response speed of 40 is faster. Here, when Ca = Cb = Cc = Cd = Cf = Cg = Ch = Ci, C1 = C2, and the electrostatic capacity of the multilayer piezoelectric actuator element 40 is eventually C1 / 2. The discharge time is ½ of the element in which the piezoelectric units 40A, 40B, 40C, 40D, 40F, 40G, and 40H are connected in parallel. Accordingly, the response speed is halved and the response characteristics are improved.

次に、図4(a)および図4(b)は、本発明の第5実施形態および第6実施形態に係る積層型圧電アクチュエータ素子50および60のそれぞれの構造を示す模式図であり、図4(c)は、その積層型圧電アクチュエータ素子50,60の電気的な等価回路を示す図である。   Next, FIGS. 4A and 4B are schematic views showing the structures of the multilayer piezoelectric actuator elements 50 and 60 according to the fifth and sixth embodiments of the present invention. 4 (c) is a diagram showing an electrical equivalent circuit of the laminated piezoelectric actuator elements 50 and 60. FIG.

図4(a)に示す積層型圧電アクチュエータ素子50は、圧電体層52A,52B,52C,52D,52E,52F,52G,52H,52Iと、導体層53A,53B,53C,53D,53E,53F,53G,53H,53I,53J,53K,53Lとが交互に積層された積層体54で構成されている。そして、圧電体層52Aは、導体層53Aと53Bの間に挟まれ、圧電ユニット50Aを構成している。また、圧電体層52B,52C,52D,52E,52F,52G,52H,52Iも、導体層53Bと53Cの間、導体層53Cと53Dの間、導体層53Fと53Gの間、導体層53Gと53Hの間、導体層53Iと53Jの間、および導体層53Jと53Lの間に挟まれ、それぞれ圧電ユニット50B,50C,50D,50F,50G,50H,50Iを構成している。そして、圧電ユニット50Dと、圧電ユニット50Eとの間、および圧電ユニット50Fと圧電ユニット50Gの間は、接合層59A,59Bによって分けられている。この接合層59A,59Bは、エポキシやシリコンに代表される絶縁性接着材で形成される。   The laminated piezoelectric actuator element 50 shown in FIG. 4A includes piezoelectric layers 52A, 52B, 52C, 52D, 52E, 52F, 52G, 52H, and 52I, and conductor layers 53A, 53B, 53C, 53D, 53E, and 53F. , 53G, 53H, 53I, 53J, 53K, and 53L. The piezoelectric layer 52A is sandwiched between the conductor layers 53A and 53B to constitute a piezoelectric unit 50A. In addition, the piezoelectric layers 52B, 52C, 52D, 52E, 52F, 52G, 52H, and 52I are also provided between the conductor layers 53B and 53C, between the conductor layers 53C and 53D, between the conductor layers 53F and 53G, and between the conductor layers 53G and 53G. The piezoelectric units 50B, 50C, 50D, 50F, 50G, 50H, and 50I are formed by being sandwiched between the conductor layers 53I and 53J and between the conductor layers 53J and 53L, respectively. The piezoelectric units 50D and 50E and the piezoelectric units 50F and 50G are separated by bonding layers 59A and 59B. The bonding layers 59A and 59B are formed of an insulating adhesive material typified by epoxy or silicon.

導体層53A,53B,53C,53D,53E,53F,53G,53H,53I,53J,53K,53Lは、それぞれ、一の導体層と、圧電体層を挟んで一の導体層と隣り合う他の導体層とが、それぞれ対向する側面に導体層の側端が露出して形成される外部接続用電極部を有する。すなわち、導体層53A,53B,53C,53D,53E,53F,53G,53H,53I,53J,53K,53Lは、積層体54の交互に対向する側面に向けて突設され、積層体54の対向する側面に一層ごとに、導体層53A,53B,53C,53D,53E,53F,53G,53H,53I,53J,53K,53Lの側端が露出して外部接続用電極部55A,55B,55C,55D,55E,55F,55G,55H,55I,55J,55K,55Lを形成している。   Conductor layers 53A, 53B, 53C, 53D, 53E, 53F, 53G, 53H, 53I, 53J, 53K, and 53L are respectively adjacent to one conductor layer and one conductor layer with the piezoelectric layer interposed therebetween. The conductor layer has external connection electrode portions formed on the side surfaces facing each other, with the side edges of the conductor layer exposed. That is, the conductor layers 53A, 53B, 53C, 53D, 53E, 53F, 53G, 53H, 53I, 53J, 53K, and 53L are protruded toward the alternately opposed side surfaces of the multilayer body 54, and are opposed to the multilayer body 54. The side ends of the conductor layers 53A, 53B, 53C, 53D, 53E, 53F, 53G, 53H, 53I, 53J, 53K, 53L are exposed on each side surface to be exposed, and external connection electrode portions 55A, 55B, 55C, 55D, 55E, 55F, 55G, 55H, 55I, 55J, 55K, and 55L are formed.

この導体層53A,53B,53C,53D,53E,53F,53G,53H,53I,53J,53K,53Lの側端に形成される外部接続用電極部55A,55B,55C,55D,55E,55F,55G,55H,55I,55J,55K,55Lは、それぞれ積層体54の側面に形成された外部電極56A,56B,56C,56Dに接続される。   External connection electrode portions 55A, 55B, 55C, 55D, 55E, 55F formed on the side ends of the conductor layers 53A, 53B, 53C, 53D, 53E, 53F, 53G, 53H, 53I, 53J, 53K, 53L, 55G, 55H, 55I, 55J, 55K, and 55L are connected to external electrodes 56A, 56B, 56C, and 56D formed on the side surfaces of the laminate 54, respectively.

この積層型圧電アクチュエータ素子50において、圧電ユニット50A、50B,50Cにおいては、導体層53A,53Cが、外部接続用電極部55A,55Cによって外部電極46Bに接続され、導体層53B,53Dが、外部接続用電極部55B,55Dによって外部電極46Aに接続されている。したがって、この圧電ユニット50A、50B,50Cは、外部電極56Aと外部電極56Bに並列に接続され、一つの圧電ユニット群58Aを構成している。   In this multilayer piezoelectric actuator element 50, in the piezoelectric units 50A, 50B, 50C, the conductor layers 53A, 53C are connected to the external electrode 46B by the external connection electrode portions 55A, 55C, and the conductor layers 53B, 53D are externally connected. The connection electrode portions 55B and 55D are connected to the external electrode 46A. Accordingly, the piezoelectric units 50A, 50B, and 50C are connected in parallel to the external electrode 56A and the external electrode 56B to constitute one piezoelectric unit group 58A.

また、圧電ユニット50D,50Eおよび50Fにおいて、導体層53E,53Gが、外部接続用電極部55E,55Gによって外部電極56Bに接続され、導体層53F,53Hが、外部接続用電極部55F,55Hによって、外部電極56Cに接続されている。したがって、この圧電ユニット50D,50Eおよび50Fは、外部電極56Bと外部電極56Cに並列に接続され、一つの圧電ユニット群58Bを構成している。   In the piezoelectric units 50D, 50E, and 50F, the conductor layers 53E and 53G are connected to the external electrode 56B by the external connection electrode portions 55E and 55G, and the conductor layers 53F and 53H are connected by the external connection electrode portions 55F and 55H. The external electrode 56C is connected. Therefore, the piezoelectric units 50D, 50E, and 50F are connected in parallel to the external electrode 56B and the external electrode 56C to constitute one piezoelectric unit group 58B.

さらに、圧電ユニット50G,50Hおよび50Iにおいて、導体層53I,53Kが、外部接続用電極部55I,55Kによって、外部電極56Dに接続され、導体層53J,53Lが、外部接続用電極部55J,55Lによって、外部電極56Cに接続されている。したがって、この圧電ユニット50G,50Hおよび50Iは、外部電極56Cto外部電極56Dに並列に接続され、一つの圧電ユニット群58Cを構成している。   Further, in the piezoelectric units 50G, 50H and 50I, the conductor layers 53I and 53K are connected to the external electrode 56D by the external connection electrode portions 55I and 55K, and the conductor layers 53J and 53L are connected to the external connection electrode portions 55J and 55L. Is connected to the external electrode 56C. Accordingly, the piezoelectric units 50G, 50H, and 50I are connected in parallel to the external electrode 56Cto the external electrode 56D to constitute one piezoelectric unit group 58C.

そして、この積層型圧電アクチュエータ素子50において、圧電ユニット群58Aと、圧電ユニット群58Bと、圧電ユニット群58Cとは、外部電極56A,56B,56C,Dによって、直列に接続されている。また、直列に接続された圧電ユニット群58Aと、圧電ユニット群58Cとは、外部電極46Aに接続された交流電源供給部57A、および外部電極56Dに接続された交流電源供給部57B(アース)を有する。この交流電源供給部57Aと交流電源供給部57B(アース)との間に発振用交流電流を供給して、各圧電ユニット50A,50B,50C,50D,50F,50G,50H,50Iを発振させ、応答させる。   In the multilayer piezoelectric actuator element 50, the piezoelectric unit group 58A, the piezoelectric unit group 58B, and the piezoelectric unit group 58C are connected in series by external electrodes 56A, 56B, 56C, and D. The piezoelectric unit group 58A and the piezoelectric unit group 58C connected in series include an AC power supply unit 57A connected to the external electrode 46A and an AC power supply unit 57B (ground) connected to the external electrode 56D. Have. An oscillating AC current is supplied between the AC power supply unit 57A and the AC power supply unit 57B (earth) to oscillate the piezoelectric units 50A, 50B, 50C, 50D, 50F, 50G, 50H, and 50I. Make it respond.

この積層型圧電アクチュエータ素子50において、並列に接続された圧電ユニット50A、50B,50C(各圧電ユニットの静電容量をCa,Cb,Ccとする)で構成される圧電ユニット群58Aの静電容量は、圧電ユニット50A、50Bおよび50Cの有する各静電容量の合計となる。この圧電ユニット群58Aの静電容量をC1(=Ca+Cb+Cc)とする。また、並列に接続された圧電ユニット50D,50Eおよび50F(各圧電ユニットの静電容量をCd,Ce,Cfとする)で構成される圧電ユニット群58Bの静電容量は、圧電ユニット50D,50Eおよび50Fの有する各静電容量の合計となる。この圧電ユニット群58Bの静電容量をC2(=Cd+Ce+Cf)とする。また、並列に接続された圧電ユニット50G,50Hおよび50I(各圧電ユニットの静電容量をCg,Ch,Ciとする)で構成される圧電ユニット群58Cの静電容量は、圧電ユニット50G,50Hおよび50Iの有する各静電容量の合計となる。この圧電ユニット群58Cの静電容量をC3(=Cg+Ch+Ci)とする。   In this multilayer piezoelectric actuator element 50, the capacitance of a piezoelectric unit group 58A composed of piezoelectric units 50A, 50B, 50C connected in parallel (capacitance of each piezoelectric unit is Ca, Cb, Cc). Is the sum of the capacitances of the piezoelectric units 50A, 50B and 50C. The capacitance of the piezoelectric unit group 58A is C1 (= Ca + Cb + Cc). In addition, the capacitance of the piezoelectric unit group 58B composed of the piezoelectric units 50D, 50E and 50F connected in parallel (the capacitance of each piezoelectric unit is Cd, Ce, Cf) is the piezoelectric unit 50D, 50E. And the total capacitance of 50F. The capacitance of the piezoelectric unit group 58B is C2 (= Cd + Ce + Cf). Further, the capacitance of the piezoelectric unit group 58C composed of the piezoelectric units 50G, 50H and 50I connected in parallel (the capacitance of each piezoelectric unit is Cg, Ch, Ci) is the piezoelectric unit 50G, 50H. And the total capacitance of 50I. The capacitance of the piezoelectric unit group 58C is C3 (= Cg + Ch + Ci).

ここで、この積層型圧電アクチュエータ素子50は、図4(c)に示すように、静電容量C1の圧電ユニット群58Aと、静電容量C2の圧電ユニット群58Bと、静電容量C3の圧電ユニット群58Cとが、直列に接続されたものである。したがって、積層型圧電アクチュエータ素子50の静電容量Ctotalは、Ctotal=(1/C1)+(1/C2)+(1/C3)となる。これに対して、圧電ユニット50A,50B,50C,50D,50F,50G,50H,50Iが並列に接続された構成の素子の静電容量は(Ca+Cb+Cc+Cd+Cf+Cg+Ch+Ci)となる。したがって、積層型圧電アクチュエータ素子50の静電容量は、圧電ユニット50A,50B,50C,50D,50F,50G,50H,50Iが並列に接続された構成の素子の静電容量に比べて低い値となる。そのため、積層型圧電アクチュエータ素子50の充放電時間は、圧電ユニット50A,50B,50C,50D,50F,50G,50H,50Iが並列に接続された構成の素子よりも短く、これによって、積層型圧電アクチュエータ素子50の応答速度は早くなることがわかる。ここで、Ca=Cb=Cc=Cd=Cf=Cg=Ch=Ciである場合、C1=C2=C3となり、この場合、積層型圧電アクチュエータ素子50の静電容量は、C1/3となり、充放電時間は、圧電ユニット50A,50B,50C,50D,50F,50G,50H,50Iが並列に接続された構成の素子の1/3となる。したがって、応答速度が1/3となり、応答特性が向上する。   Here, as shown in FIG. 4C, the multilayer piezoelectric actuator element 50 includes a piezoelectric unit group 58A having a capacitance C1, a piezoelectric unit group 58B having a capacitance C2, and a piezoelectric having a capacitance C3. The unit group 58C is connected in series. Therefore, the capacitance Ctotal of the multilayer piezoelectric actuator element 50 is Ctotal = (1 / C1) + (1 / C2) + (1 / C3). On the other hand, the capacitance of the element in which the piezoelectric units 50A, 50B, 50C, 50D, 50F, 50G, 50H, and 50I are connected in parallel is (Ca + Cb + Cc + Cd + Cf + Cg + Ch + Ci). Therefore, the capacitance of the multilayer piezoelectric actuator element 50 is lower than the capacitance of the element in which the piezoelectric units 50A, 50B, 50C, 50D, 50F, 50G, 50H, and 50I are connected in parallel. Become. Therefore, the charge / discharge time of the multilayer piezoelectric actuator element 50 is shorter than that of the element in which the piezoelectric units 50A, 50B, 50C, 50D, 50F, 50G, 50H, and 50I are connected in parallel. It can be seen that the response speed of the actuator element 50 is increased. Here, when Ca = Cb = Cc = Cd = Cf = Cg = Ch = Ci, C1 = C2 = C3. In this case, the capacitance of the multilayer piezoelectric actuator element 50 is C1 / 3, The discharge time is 1/3 of the element in which the piezoelectric units 50A, 50B, 50C, 50D, 50F, 50G, 50H, and 50I are connected in parallel. Therefore, the response speed becomes 1/3 and the response characteristics are improved.

次に、図4(b)に示す本発明の第6実施形態に係る積層型圧電アクチュエータ素子60は、圧電体層62A,62B,62C,62E,62F,62G,62I,62J,62K,62M,62N,62Pと、導体層63A,63B,63C,63D,63E,63F,63G,63H,63I,63J,63K,63L,63M,63N,63P,63Qとが交互に積層された積層体64で構成されている。そして、圧電体層62Aは、導体層63Aと63Bの間に挟まれ、圧電ユニット60Aを構成している。また、圧電体層62B,62C,62E,62F,62G,62I,62J,62K,62M,62N,62Pも、導体層63Bと63Cの間、導体層63Cと63Dの間、導体層63Eと63Fの間、導体層63Fと63Gの間、導体層63Gと63Hの間、導体層63Iと63Jの間、導体層63Jと63Kの間および導体層63Kと63Lの間、導体層63Mと63Nの間、導体層63Nと63Pの間、導体層63Pと63Pの間、導体層63Pと63Qの間に挟まれ、それぞれ圧電ユニット60B,60C,60D,60F,60G,60H,60I,60J,60K,60Lを構成している。そして、圧電ユニット60Cと、圧電ユニット60Dとの間、圧電ユニット60Fと圧電ユニット60G、および圧電ユニット60Iと60Jの間は、接合層69A,69B,69Cによって分けられている。この接合層69A,69B,69Cは、エポキシやシリコンに代表される絶縁性接着材で形成される。   Next, the multilayer piezoelectric actuator element 60 according to the sixth embodiment of the present invention shown in FIG. 4B includes piezoelectric layers 62A, 62B, 62C, 62E, 62F, 62G, 62I, 62J, 62K, 62M, 62N, 62P, and a laminated body 64 in which conductor layers 63A, 63B, 63C, 63D, 63E, 63F, 63G, 63H, 63I, 63J, 63K, 63L, 63M, 63N, 63P, 63Q are alternately laminated. Has been. The piezoelectric layer 62A is sandwiched between the conductor layers 63A and 63B to constitute the piezoelectric unit 60A. The piezoelectric layers 62B, 62C, 62E, 62F, 62G, 62I, 62J, 62K, 62M, 62N, and 62P are also formed between the conductor layers 63B and 63C, between the conductor layers 63C and 63D, and between the conductor layers 63E and 63F. Between the conductor layers 63F and 63G, between the conductor layers 63G and 63H, between the conductor layers 63I and 63J, between the conductor layers 63J and 63K and between the conductor layers 63K and 63L, between the conductor layers 63M and 63N, Between the conductor layers 63N and 63P, between the conductor layers 63P and 63P, and between the conductor layers 63P and 63Q, the piezoelectric units 60B, 60C, 60D, 60F, 60G, 60H, 60I, 60J, 60K, and 60L are respectively connected. It is composed. The piezoelectric units 60C and 60D, the piezoelectric units 60F and 60G, and the piezoelectric units 60I and 60J are separated by bonding layers 69A, 69B, and 69C. The bonding layers 69A, 69B, and 69C are formed of an insulating adhesive represented by epoxy or silicon.

導体層63A,63B,63C,63D,63E,63F,63G,63H,63I,63J,63K,63L,63M,63N,63P,63Qは、それぞれ、一の導体層と、圧電体層を挟んで一の導体層と隣り合う他の導体層とが、それぞれ対向する側面に導体層の側端が露出して形成される外部接続用電極部を有する。すなわち、導体層63A,63B,63C,63D,63E,63F,63G,63H,63I,63J,63K,63L,63M,63N,63P,63Qは、積層体64の交互に対向する側面に向けて突設され、積層体64の対向する側面に一層ごとに、導体層63A,63B,63C,63D,63E,63F,63G,63H,63I,63J,63K,63L,63M,63N,63P,63Qの側端が露出して外部接続用電極部65A,65B,65C,65D,65E,65F,65G,65H,65I,65J,65K,65L,65M,65N,65P,65Qを形成している。   The conductor layers 63A, 63B, 63C, 63D, 63E, 63F, 63G, 63H, 63I, 63J, 63K, 63L, 63M, 63N, 63P, and 63Q each have one conductor layer and a piezoelectric layer interposed therebetween. The conductor layer and another conductor layer adjacent to each other have an external connection electrode portion formed by exposing the side end of the conductor layer on the opposite side surfaces. That is, the conductor layers 63A, 63B, 63C, 63D, 63E, 63F, 63G, 63H, 63I, 63J, 63K, 63L, 63M, 63N, 63P, and 63Q protrude toward the alternately opposed side surfaces of the multilayer body 64. Conductor layers 63A, 63B, 63C, 63D, 63E, 63F, 63G, 63H, 63I, 63J, 63K, 63L, 63M, 63N, 63P, and 63Q are provided on the opposite side surfaces of the laminate 64. The ends are exposed to form external connection electrode portions 65A, 65B, 65C, 65D, 65E, 65F, 65G, 65H, 65I, 65J, 65K, 65L, 65M, 65N, 65P, and 65Q.

この導体層63A,63B,63C,63D,63E,63F,63G,63H,63I,63J,63K,63L,63M,63N,63P,63Qの側端に形成される外部接続用電極部65A,65B,65C,65D,65E,65F,65G,65H,65I,65J,65K,65L,65M,65N,65P,65Qは、それぞれ積層体64の側面に形成された外部電極66A,66B,66C,66D,66Eに接続される。   External connection electrode portions 65A, 65B formed on the side ends of the conductor layers 63A, 63B, 63C, 63D, 63E, 63F, 63G, 63H, 63I, 63J, 63K, 63L, 63M, 63N, 63P, 63Q, 65C, 65D, 65E, 65F, 65G, 65H, 65I, 65J, 65K, 65L, 65M, 65N, 65P, and 65Q are external electrodes 66A, 66B, 66C, 66D, and 66E formed on the side surfaces of the laminate 64, respectively. Connected to.

この積層型圧電アクチュエータ素子60において、圧電ユニット60A,60Bおよび60Cにおいては、導体層63A,63Cが、外部接続用電極部65A,65Cによって外部電極66Bに接続され、導体層63B,63Dが、外部接続用電極部65B,65Dによって外部電極66Aに接続されている。したがって、この圧電ユニット60A、60Bおよび60Cは、外部電極66Aと外部電極66Bに並列に接続され、一つの圧電ユニット群68Aを構成している。   In this multilayer piezoelectric actuator element 60, in the piezoelectric units 60A, 60B and 60C, the conductor layers 63A and 63C are connected to the external electrode 66B by the external connection electrode portions 65A and 65C, and the conductor layers 63B and 63D are externally connected. The connection electrodes 65B and 65D are connected to the external electrode 66A. Accordingly, the piezoelectric units 60A, 60B, and 60C are connected in parallel to the external electrode 66A and the external electrode 66B to constitute one piezoelectric unit group 68A.

また、圧電ユニット60D,60Eおよび60Fにおいて、導体層63E,63Gが、外部接続用電極部65E,65Gによって外部電極66Bに接続され、導体層63F,63Hが、外部接続用電極部65F,65Hによって、外部電極66Cに接続されている。したがって、この圧電ユニット60D,60Eおよび60Fは、外部電極66Bと外部電極66Cに並列に接続され、一つの圧電ユニット群68Bを構成している。   In the piezoelectric units 60D, 60E, and 60F, the conductor layers 63E and 63G are connected to the external electrode 66B by the external connection electrode portions 65E and 65G, and the conductor layers 63F and 63H are connected by the external connection electrode portions 65F and 65H. The external electrode 66C is connected. Therefore, the piezoelectric units 60D, 60E, and 60F are connected in parallel to the external electrode 66B and the external electrode 66C, and constitute one piezoelectric unit group 68B.

さらに、圧電ユニット60G,60Hおよび60Iにおいて、導体層63I,63Kが、外部接続用電極部65I,65Kによって、外部電極66Dに接続され、導体層63J,63Lが、外部接続用電極部65J,65Lによって、外部電極66Cに接続されている。したがって、この圧電ユニット60G,60Hおよび60Iは、外部電極66Cと外部電極66Dに並列に接続され、一つの圧電ユニット群68Cを構成している。   Further, in the piezoelectric units 60G, 60H and 60I, the conductor layers 63I and 63K are connected to the external electrode 66D by the external connection electrode portions 65I and 65K, and the conductor layers 63J and 63L are connected to the external connection electrode portions 65J and 65L. Is connected to the external electrode 66C. Therefore, the piezoelectric units 60G, 60H, and 60I are connected in parallel to the external electrode 66C and the external electrode 66D, and constitute one piezoelectric unit group 68C.

また、圧電ユニット60J,60Kおよび60Lにおいて、導体層63M,63Pが、外部接続用電極部65M,65Pによって、外部電極66Dに接続され、導体層63N,63Qが、外部接続用電極部65N,63Qによって、外部電極66Eに接続されている。したがって、この圧電ユニット60J,60Kおよび60Lは、外部電極66Dと外部電極66Eに並列に接続され、一つの圧電ユニット群68Dを構成している。   In the piezoelectric units 60J, 60K, and 60L, the conductor layers 63M and 63P are connected to the external electrode 66D by the external connection electrode portions 65M and 65P, and the conductor layers 63N and 63Q are connected to the external connection electrode portions 65N and 63Q. Is connected to the external electrode 66E. Therefore, the piezoelectric units 60J, 60K, and 60L are connected in parallel to the external electrode 66D and the external electrode 66E, and constitute one piezoelectric unit group 68D.

そして、この積層型圧電アクチュエータ素子60において、圧電ユニット群68Aと、圧電ユニット群68Bと、圧電ユニット群68Cと、圧電ユニット群68Dとは、外部電極66A,66B,66C,66D,66Eによって、直列に接続されている。また、圧電ユニット群68Aと、圧電ユニット群68Bと、圧電ユニット群68Cと、圧電ユニット群68Dとは、外部電極66Aに接続された交流電源供給部67A、および外部電極66Eに接続された交流電源供給部67B(アース)を有する。この交流電源供給部67Aと交流電源供給部67B(アース)との間に発振用交流電流を供給して、各圧電ユニット60A,60B,60C,60D,60F,60G,60Hを発振させ、応答させる。   In the multilayer piezoelectric actuator element 60, the piezoelectric unit group 68A, the piezoelectric unit group 68B, the piezoelectric unit group 68C, and the piezoelectric unit group 68D are connected in series by external electrodes 66A, 66B, 66C, 66D, and 66E. It is connected to the. In addition, the piezoelectric unit group 68A, the piezoelectric unit group 68B, the piezoelectric unit group 68C, and the piezoelectric unit group 68D include an AC power supply unit 67A connected to the external electrode 66A and an AC power supply connected to the external electrode 66E. It has supply part 67B (earth). An oscillating AC current is supplied between the AC power supply unit 67A and the AC power supply unit 67B (ground) to oscillate and respond to the piezoelectric units 60A, 60B, 60C, 60D, 60F, 60G, and 60H. .

この積層型圧電アクチュエータ素子60において、並列に接続された圧電ユニット60A、60Bおよび60C(各圧電ユニットの静電容量をCa,Cb,Ccとする)で構成される圧電ユニット群68Aの静電容量は、圧電ユニット60A、60Bおよび60Cの有する各静電容量の合計となる。この圧電ユニット群68Aの静電容量をC1(=Ca+Cb+Cc)とする。また、並列に接続された圧電ユニット60D、60Eおよび60F(各圧電ユニットの静電容量をCd,Ce,Cfとする)で構成される圧電ユニット群68Bの静電容量は、圧電ユニット60D、60Eおよび60Fの有する各静電容量の合計となる。この圧電ユニット群68Bの静電容量をC2(=Cd+Ce+Cf)とする。また、並列に接続された圧電ユニット60G、60Hおよび60I(各圧電ユニットの静電容量をCg,Ch,Ciとする)で構成される圧電ユニット群68Cの静電容量は、圧電ユニット60G、60Hおよび60Iの有する各静電容量の合計となる。この圧電ユニット群68Cの静電容量をC3(=Cg+Ch+Ci)とする。さらに、同様に、圧電ユニット60J、60Kおよび60Lで構成される圧電ユニット群68Dの静電容量は、C4=Cj+Ck+Clとなる。   In this multilayer piezoelectric actuator element 60, the capacitance of a piezoelectric unit group 68A composed of piezoelectric units 60A, 60B and 60C connected in parallel (capacitance of each piezoelectric unit is Ca, Cb, Cc). Is the sum of the capacitances of the piezoelectric units 60A, 60B and 60C. The capacitance of the piezoelectric unit group 68A is C1 (= Ca + Cb + Cc). In addition, the capacitance of the piezoelectric unit group 68B composed of the piezoelectric units 60D, 60E, and 60F connected in parallel (capacitance of each piezoelectric unit is Cd, Ce, Cf) is the piezoelectric unit 60D, 60E. And the total capacitance of 60F. The capacitance of the piezoelectric unit group 68B is C2 (= Cd + Ce + Cf). In addition, the capacitance of the piezoelectric unit group 68C composed of the piezoelectric units 60G, 60H, and 60I connected in parallel (the capacitance of each piezoelectric unit is Cg, Ch, Ci) is as follows. And the total capacitance of 60I. The capacitance of the piezoelectric unit group 68C is C3 (= Cg + Ch + Ci). Further, similarly, the capacitance of the piezoelectric unit group 68D composed of the piezoelectric units 60J, 60K, and 60L is C4 = Cj + Ck + Cl.

ここで、この積層型圧電アクチュエータ素子60は、図4(c)に示すように、静電容量C1の圧電ユニット群68Aと、静電容量C2の圧電ユニット群68Bと、静電容量C3の圧電ユニット群68Cと、静電容量C4の圧電ユニット群68Dとが、直列に接続されたものである。したがって、積層型圧電アクチュエータ素子60の静電容量Ctotalは、Ctotal=(1/C1)+(1/C2)+(1/C3)+(1/C4)となる。これに対して、圧電ユニット60A,60B,60C,60D,60F,60G,60H,60I,60J,60K,60Lが並列に接続された構成の素子の静電容量は(Ca+Cb+Cc+Cd+Cf+Cg+Ch+Ci+Cj+Ck+Cl)となる。したがって、積層型圧電アクチュエータ素子60の静電容量は、圧電ユニット60A,60B,60C,60D,60F,60G,60H,60I,60J,60K,60Lが並列に接続された構成の素子の静電容量に比べて低い値となる。そのため、積層型圧電アクチュエータ素子60の充放電時間は、圧電ユニット60A,60B,60C,60D,60F,60G,60H,60I,60J,60K,60Lが並列に接続された構成の素子よりも短く、これによって、積層型圧電アクチュエータ素子60の応答速度は早くなることがわかる。ここで、Ca=Cb=Cc=Cd=Cf=Cg=Chである場合、C1=C2=C3=C4となり、この場合、積層型圧電アクチュエータ素子60の静電容量は、C1/4となり、充放電時間は、圧電ユニット60A,60B,60C,60D,60F,60G,60Hが並列に接続された構成の素子の1/4となる。したがって、応答速度が1/4となり、応答特性が向上する。   Here, as shown in FIG. 4C, the multilayer piezoelectric actuator element 60 includes a piezoelectric unit group 68A having a capacitance C1, a piezoelectric unit group 68B having a capacitance C2, and a piezoelectric having a capacitance C3. A unit group 68C and a piezoelectric unit group 68D having a capacitance C4 are connected in series. Therefore, the capacitance Ctotal of the multilayer piezoelectric actuator element 60 is Ctotal = (1 / C1) + (1 / C2) + (1 / C3) + (1 / C4). On the other hand, the capacitance of the element in which the piezoelectric units 60A, 60B, 60C, 60D, 60F, 60G, 60H, 60I, 60J, 60K, and 60L are connected in parallel is (Ca + Cb + Cc + Cd + Cf + Cg + Ch + Ci + Cj + Ck + Cl). Therefore, the electrostatic capacity of the multilayer piezoelectric actuator element 60 is the electrostatic capacity of the element in which the piezoelectric units 60A, 60B, 60C, 60D, 60F, 60G, 60H, 60I, 60J, 60K, and 60L are connected in parallel. It becomes a low value compared with. Therefore, the charge / discharge time of the multilayer piezoelectric actuator element 60 is shorter than that of the element in which the piezoelectric units 60A, 60B, 60C, 60D, 60F, 60G, 60H, 60I, 60J, 60K, and 60L are connected in parallel. This shows that the response speed of the multilayer piezoelectric actuator element 60 is increased. Here, when Ca = Cb = Cc = Cd = Cf = Cg = Ch, C1 = C2 = C3 = C4. In this case, the capacitance of the multilayer piezoelectric actuator element 60 is C1 / 4, The discharge time is ¼ of the element in which the piezoelectric units 60A, 60B, 60C, 60D, 60F, 60G, and 60H are connected in parallel. Therefore, the response speed becomes ¼ and the response characteristics are improved.

以上のとおり、本発明の積層型圧電アクチュエータ素子は、応答特性に優れ、従来と同等の応答速度を得るためには、従来よりも入力電流量を抑制することが可能で、一方、従来と同等の入力電流量を印加した場合には応答速度が早くなり、さらには、従来より軽量かつ低コストで、素子の故障等の原因となる外部電極のサイズを小さくすることができる。そのため、入力電流値を高くすることなく応答時間を短くすることができる。したがって、応答速度を速くすることができる。また、低い入力電流量で応答するため、接触抵抗(許容印加電流)の影響が少なく、素子の駆動の故障が低減される。さらに、制御回路の大電流対応FETの必要性がない。そのため、低コストとすることができ、また、車載用の積層型圧電アクチュエータ素子では、車載部品点数の増加を抑制できる。さらに、外部電極のサイズを小さくすることができ、外部電極を形成する面の面積が大きくなったり、積層型圧電アクチュエータ素子の重量、コストの増加を招くことがない。また、外部電極の寸法精度による電気接点の不良の可能性を低減し、素子の駆動不能さらには故障を低減できる。   As described above, the multilayer piezoelectric actuator element of the present invention has excellent response characteristics, and in order to obtain a response speed equivalent to the conventional one, the amount of input current can be suppressed as compared with the conventional one. When the input current amount is applied, the response speed is increased, and further, the size of the external electrode that causes a failure of the element can be reduced at a lighter and lower cost than the conventional one. Therefore, the response time can be shortened without increasing the input current value. Therefore, the response speed can be increased. Further, since the response is performed with a low input current amount, the influence of the contact resistance (allowable applied current) is small, and the driving failure of the element is reduced. Furthermore, there is no need for a large current compatible FET in the control circuit. Therefore, the cost can be reduced, and the increase in the number of in-vehicle components can be suppressed in the in-vehicle multilayer piezoelectric actuator element. Furthermore, the size of the external electrode can be reduced, and the area of the surface on which the external electrode is formed does not increase, and the weight and cost of the stacked piezoelectric actuator element do not increase. Further, it is possible to reduce the possibility of defective electrical contacts due to the dimensional accuracy of the external electrodes, and to reduce the inability to drive the device and further the failure.

以下、本発明の実施例および比較例に基づいて、本発明をより具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated more concretely based on the Example and comparative example of this invention, this invention is not limited to a following example.

(実施例1、比較例1)
実施例1として、表1に示す構成の積層型圧電アクチュエータ素子を用いて、圧電特性を評価した。この積層型圧電アクチュエータ素子は、図5に示すとおり、PZTからなる圧電体層72と、Ag−Pd合金からなる圧電体層72を挟む導体層73とを、180層積層し、外部電極76A,76B,76Cを設け、外部電極76Aと76Bの間、外部電極76Bと76Cの間に、2つの圧電ユニット群を形成したものである。この積層型圧電アクチュエータ素子の寸法を図5に示す。
(Example 1, Comparative Example 1)
As Example 1, the piezoelectric characteristics were evaluated using a multilayer piezoelectric actuator element having the configuration shown in Table 1. As shown in FIG. 5, the multilayer piezoelectric actuator element includes 180 layers of a piezoelectric layer 72 made of PZT and a conductor layer 73 sandwiching the piezoelectric layer 72 made of an Ag—Pd alloy, and external electrodes 76A, 76A, 76B and 76C are provided, and two piezoelectric unit groups are formed between the external electrodes 76A and 76B and between the external electrodes 76B and 76C. The dimensions of this multilayer piezoelectric actuator element are shown in FIG.

これに対して、比較例1として、PZTからなる圧電体層72と、Ag−Pd合金からなる圧電体層72を挟む導体層73とを、180層積層し、各導体層を、素子の側面に設けた2つの外部電極によって、複数の圧電ユニットを並列に接続した構成の積層型圧電アクチュエータ素子について、圧電特性を評価した。なお、積層型圧電アクチュエータ素子駆動条件は図10(a),(b)に示すモデルにもとづき、波形を方形波とし、周波数は1Hz、Duty比は0.2%とした。D uty比はDuty比(%)=実変位での駆動時間/1サイクル時間×100(%)を表す。   On the other hand, as Comparative Example 1, 180 layers of the piezoelectric layer 72 made of PZT and the conductor layer 73 sandwiching the piezoelectric layer 72 made of the Ag—Pd alloy were laminated, and each conductor layer was formed on the side surface of the element. The piezoelectric characteristics of the multilayer piezoelectric actuator element having a configuration in which a plurality of piezoelectric units are connected in parallel by two external electrodes provided on the substrate were evaluated. The driving conditions for the laminated piezoelectric actuator element were based on the model shown in FIGS. 10A and 10B, the waveform was a square wave, the frequency was 1 Hz, and the duty ratio was 0.2%. The duty ratio represents duty ratio (%) = drive time at actual displacement / 1 cycle time × 100 (%).

このとき、表1に示す印加電圧および印加電流で積層型圧電アクチュエータ素子を駆動するとともに、静電容量(μF)、圧電変位量(μm)、応答の立上時間(μsec)を測定した。結果を表1に示す。応答の立上時間(μsec)は、印加電圧を0Vから250Vまたは125Vに、あるいは250Vまたは125Vから0Vに変えたときに、印加電圧が250V、125V、0Vになるまでの時間を測定することで得られる。   At this time, the laminated piezoelectric actuator element was driven with the applied voltage and applied current shown in Table 1, and the capacitance (μF), the amount of piezoelectric displacement (μm), and the response rise time (μsec) were measured. The results are shown in Table 1. Response rise time (μsec) is measured by measuring the time until the applied voltage becomes 250V, 125V, or 0V when the applied voltage is changed from 0V to 250V or 125V, or from 250V or 125V to 0V. can get.

Figure 2009266921
Figure 2009266921

次に、実施例1および比較例1の積層型圧電アクチュエータ素子について、表2および表3に示す印加電圧および印加電流を加えて、積層型圧電アクチュエータ素子の実効電流および立上時間を測定した。結果を表2および表3に示す。
に示す。
Next, with respect to the laminated piezoelectric actuator elements of Example 1 and Comparative Example 1, the applied voltage and applied current shown in Table 2 and Table 3 were applied, and the effective current and rise time of the laminated piezoelectric actuator element were measured. The results are shown in Table 2 and Table 3.
Shown in

Figure 2009266921
Figure 2009266921

Figure 2009266921
Figure 2009266921

これらの表2および表3に示す結果から、本発明の積層型圧電アクチュエータ素子(実施例1)は、立上時間および立下時間の両方において、比較例1の圧電アクチュエータ素子に比べて短く、本発明の積層型圧電アクチュエータ素子が、応答特性に優れ、応答速度が速いことが分かる。   From the results shown in Table 2 and Table 3, the laminated piezoelectric actuator element (Example 1) of the present invention is shorter than the piezoelectric actuator element of Comparative Example 1 in both the rise time and fall time. It can be seen that the multilayer piezoelectric actuator element of the present invention has excellent response characteristics and a high response speed.

(実施例2、比較例2)
実施例2として、表1に示す構成の積層型圧電アクチュエータ素子を用いて、圧電特性を評価した。この積層型圧電アクチュエータ素子は、図6に示すとおり、PZTからなる圧電体層82と、Ag−Pd合金からなる圧電体層82を挟む導体層83とを、180層積層した圧電ユニット群88Aと、圧電ユニット群88Bとを、接合部89を介して接合し、外部電極86A,86B,86Cを設け、外部電極86Aと86Bの間、外部電極86Bと86Cの間に、2つの圧電ユニット群88A,88Bを形成したものである。この積層型圧電アクチュエータ素子の構成および寸法を図6に示す。
(Example 2, comparative example 2)
As Example 2, the piezoelectric characteristics were evaluated using a laminated piezoelectric actuator element having the configuration shown in Table 1. As shown in FIG. 6, this multilayer piezoelectric actuator element includes a piezoelectric unit group 88A in which 180 layers of a piezoelectric layer 82 made of PZT and a conductor layer 83 sandwiching a piezoelectric layer 82 made of an Ag—Pd alloy are stacked. The piezoelectric unit group 88B is joined via the joint portion 89, and external electrodes 86A, 86B, 86C are provided, and the two piezoelectric unit groups 88A are provided between the external electrodes 86A and 86B and between the external electrodes 86B and 86C. , 88B. The configuration and dimensions of this multilayer piezoelectric actuator element are shown in FIG.

これに対して、比較例2として、PZTからなる圧電体層72と、Ag−Pd合金からなる圧電体層72を挟む導体層73とを、360層積層し、各導体層を、素子の側面に設けた2つの外部電極によって、複数の圧電ユニットを並列に接続した構成の積層型圧電アクチュエータ素子について、圧電特性を評価した。なお、積層型圧電アクチュエータ素子の駆動条件は図10(a),(b)に示すモデルにもとづき、波形を方形波とし、周波数は1Hz、Duty比は0.2%とした。Duty比はDuty比(%)=実変位での駆動時間/1サイクル時間×100(%)を表す。   On the other hand, as Comparative Example 2, 360 layers of a piezoelectric layer 72 made of PZT and a conductor layer 73 sandwiching the piezoelectric layer 72 made of an Ag—Pd alloy were laminated, and each conductor layer was formed on the side surface of the element. The piezoelectric characteristics of the multilayer piezoelectric actuator element having a configuration in which a plurality of piezoelectric units are connected in parallel by two external electrodes provided on the substrate were evaluated. The driving conditions of the multilayer piezoelectric actuator element were based on the models shown in FIGS. 10A and 10B, the waveform was a square wave, the frequency was 1 Hz, and the duty ratio was 0.2%. The duty ratio represents duty ratio (%) = drive time at actual displacement / 1 cycle time × 100 (%).

このとき、表1に示す印加電圧および印加電流で積層型圧電アクチュエータ素子を駆動するとともに、静電容量(μF)、圧電変位量(μm)、応答の立上時間(μsec)を測定した。結果を表4に示す。応答の立上時間(μsec)は、印加電圧を0Vから250Vまたは125Vに、あるいは250Vまたは125Vから0Vに変えたときに、印加電圧が250V、125V、0Vになるまでの時間を測定することで得られる。   At this time, the laminated piezoelectric actuator element was driven with the applied voltage and applied current shown in Table 1, and the capacitance (μF), the amount of piezoelectric displacement (μm), and the response rise time (μsec) were measured. The results are shown in Table 4. Response rise time (μsec) is measured by measuring the time until the applied voltage becomes 250V, 125V, or 0V when the applied voltage is changed from 0V to 250V or 125V, or from 250V or 125V to 0V. can get.

Figure 2009266921
Figure 2009266921

この実施例2および比較例2の積層型圧電アクチュエータ素子について、それぞれ表5および表6に示す印加電圧および印加電流を加えて、積層型圧電アクチュエータ素子の実効電流および立上時間を測定した。結果を表5および表6に示す。   For the laminated piezoelectric actuator elements of Example 2 and Comparative Example 2, the applied voltage and applied current shown in Table 5 and Table 6 were applied, respectively, and the effective current and rise time of the laminated piezoelectric actuator element were measured. The results are shown in Tables 5 and 6.

Figure 2009266921
Figure 2009266921

Figure 2009266921
Figure 2009266921

これらの表5および表6に示す結果から、本発明の積層型圧電アクチュエータ素子(実施例2)は、立上時間および立下時間の両方において、比較例2の圧電アクチュエータ素子に比べて短く、本発明の積層型圧電アクチュエータ素子が、応答特性に優れ、応答速度が速いことが分かる。   From the results shown in Table 5 and Table 6, the laminated piezoelectric actuator element of the present invention (Example 2) is shorter than the piezoelectric actuator element of Comparative Example 2 in both the rise time and fall time. It can be seen that the multilayer piezoelectric actuator element of the present invention has excellent response characteristics and a high response speed.

(a)は、本発明の第1実施形態に係る積層1の構造を示す模式図であり、(b)は、その積層型圧電アクチュエータ素子1の電気的な等価回路を示す図である。(A) is a schematic diagram which shows the structure of the lamination | stacking 1 which concerns on 1st Embodiment of this invention, (b) is a figure which shows the electrical equivalent circuit of the lamination type piezoelectric actuator element 1. FIG. (a)は、本発明の第2実施形態に係る積層型圧電アクチュエータ素子の構造を示す模式図であり、(b)は、本発明の第3実施形態に係る積層型圧電アクチュエータ素子の構造を示す模式図であり、(c)は、その積層型圧電アクチュエータ素子の電気的な等価回路を示す図である。(A) is a schematic diagram which shows the structure of the multilayer piezoelectric actuator element which concerns on 2nd Embodiment of this invention, (b) is the structure of the multilayer piezoelectric actuator element which concerns on 3rd Embodiment of this invention. FIG. 2C is a diagram showing an electrical equivalent circuit of the multilayer piezoelectric actuator element. (a)は、本発明の第4実施形態に係る積層型圧電アクチュエータ素子の構造を示す模式図であり、(b)は、その積層型圧電アクチュエータ素子40の電気的な等価回路を示す図である。(A) is a schematic diagram showing a structure of a multilayer piezoelectric actuator element according to a fourth embodiment of the present invention, and (b) is a diagram showing an electrical equivalent circuit of the multilayer piezoelectric actuator element 40. is there. (a)および(b)は、本発明の第5実施形態および第6実施形態に係る積層型圧電アクチュエータ素子およびのそれぞれの構造を示す模式図であり、(c)は、その積層型圧電アクチュエータ素子の電気的な等価回路を示す図である。(A) And (b) is a schematic diagram which shows the structure of each of the multilayer piezoelectric actuator elements according to the fifth and sixth embodiments of the present invention, and (c) is the multilayer piezoelectric actuator. It is a figure which shows the electrical equivalent circuit of an element. 実施例1の積層型圧電アクチュエータ素子の構成を示す図である。1 is a diagram illustrating a configuration of a multilayer piezoelectric actuator element of Example 1. FIG. 実施例2の積層型圧電アクチュエータ素子の構成を示す図である。6 is a diagram illustrating a configuration of a multilayer piezoelectric actuator element of Example 2. FIG. 従来の積層型圧電アクチュエータ素子の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the conventional lamination type piezoelectric actuator element. 従来の積層型圧電アクチュエータ素子の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the conventional lamination type piezoelectric actuator element. 従来の積層型圧電アクチュエータ素子の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the conventional lamination type piezoelectric actuator element. (a)および(b)は、積層型圧電アクチュエータ素子の駆動条件を示す図である。(A) And (b) is a figure which shows the drive conditions of a laminated piezoelectric actuator element.

符号の説明Explanation of symbols

1 積層型圧電アクチュエータ素子
2A,2B,2C,2D,2E,2F,2G,2H 圧電体層
3A,3B,3C,3D,3E,3F,3G,3H,3I 導体層
4 積層体
5A,5B,5C,5D,5E,5F,5G,5H,5I 外部接続用電極部
6A,6B,6C 外部電極
A,B,C,DE,F,G,H 圧電ユニット
7A 交流電源供給部
7B 交流電源供給部(アース)
8A,8B 圧電ユニット群
20 積層型圧電アクチュエータ素子
20A,20B,20C,20D,20E,20F,20G,20H,20I,20J
圧電ユニット
22A,22B,22C,22D,22E,22F,22G,22H,22I,22J
圧電体層
23A,23B,23C,23D,23E,23F,23G,23H,23I,23J,23K 導体層
24 積層体
25A,25B,25C,25D,25E,25F,25G,25H,25I,25J、25K 外部接続用電極部
26A,26B,26C,26D,26E 外部電極
27A 交流電源供給部
27B 交流電源供給部(アース)
28A,28B,28C 圧電ユニット群
30 積層型圧電アクチュエータ素子
30A,30B,30C,30D,30E,30F,30G,30H,30I,30J,30K,30L,30M,30N 圧電ユニット
32A,32B,32C,32D,32E,32F,32G,32H,32I,32J,32K,32L,32M,32N 圧電体層
33A,33B,33C,33D,33E,33F,33G,33H,33I,33J,33K,33L,33M,33N,33P 導体層
34 積層体
35A,35B,35C,35D,35E,35F,35G,35H,35I,35J,35K,35L,35M,35N,35P 外部接続用電極部
36A,36B,36C,36D,36E,36F,36G 外部電極
37A 交流電源供給部
37B 交流電源供給部(アース)
40 積層型圧電アクチュエータ素子
40A,40B,40C,40D,40F,40G,40H 圧電ユニット
42A,42B,42C,42D,42E,42F,42G,42H,42I,42J
圧電体層
443A,43B,43C,43D,43E,43F,43G,43H,43I,43J
導体層
44 積層体
45A,45B,45C,45D,45E,45F,45G,45H,45I,45J
外部接続用電極部
46A,46B,46C 外部電極
47A 交流電源供給部
47B 交流電源供給部(アース)
48A,48B 圧電ユニット群
49 接合層
50 積層型圧電アクチュエータ素子
50A,50B,50C,50D,50F,50G,50H,50I 圧電ユニット
52A,52B,52C,52D,52E,52F,52G,52H,52I
圧電体層
53A,53B,53C,53D,53E,53F,53G,53H,53I,53J,53K,53L 導体層
54 積層体
55A,55B,55C,55D,55E,55F,55G,55H,55I,55J,55K,55L 外部接続用電極部
56A,56B,56C,56D 外部電極
57A 交流電源供給部
57B 交流電源供給部(アース)
58A,58B,58C 圧電ユニット群
59A,59B 接合層
60 積層型圧電アクチュエータ素子
60A,60B,60C,60D,60F,60G,60H,60I,60J,60K,60L 圧電ユニット
62A,62B,62C,62E,62F,62G,62I,62J,62K,62M,62N,62P 圧電体層
63A,63B,63C,63D,63E,63F,63G,63H,63I,63J,63K,63L,63M,63N,63P,63Q 導体層
64 積層体
65A,65B,65C,65D,65E,65F,65G,65H,65I,65J,65K,65L,65M,65N,65P,65Q 外部接続用電極部
66A,66B,66C,66D,66E 外部電極
67A 交流電源供給部
67B 交流電源供給部(アース)
68A,68B,68C,68D 圧電ユニット群
69A,69B,69C 接合層
72 圧電体層
73 導体層
76A,76B,76C 外部電極
82 圧電体層
83 導体層
86A,86B,86C 外部電極
88A,88B 圧電ユニット群
111 積層型圧電アクチュエータ素子
112 圧電体層
113 内部電極層
114 積層体
115 端面
116 外部電極
121 積層型圧電アクチュエータ素子
122 圧電体層
123 内部電極層
124 積層体ユニット
125 接合部
126 端面
127A,127B 外部電極
131 積層型圧電アクチュエータ素子
132 圧電体層
133 内部電極層
134 積層体
135 絶縁層
136 端面
137 外部電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laminated type piezoelectric actuator element 2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F, 2G, 2H Piezoelectric layer 3A, 3B, 3C, 3D, 3E, 3F, 3G, 3H, 3I Conductor layer 4 Laminated body 5A, 5B, 5C, 5D, 5E, 5F, 5G, 5H, 5I External connection electrodes 6A, 6B, 6C External electrodes A, B, C, DE, F, G, H Piezoelectric unit 7A AC power supply 7B AC power supply (Earth)
8A, 8B Piezoelectric unit group 20 Multilayer piezoelectric actuator elements 20A, 20B, 20C, 20D, 20E, 20F, 20G, 20H, 20I, 20J
Piezoelectric units 22A, 22B, 22C, 22D, 22E, 22F, 22G, 22H, 22I, 22J
Piezoelectric layer 23A, 23B, 23C, 23D, 23E, 23F, 23G, 23H, 23I, 23J, 23K Conductor layer 24 Laminate 25A, 25B, 25C, 25D, 25E, 25F, 25G, 25H, 25I, 25J, 25K External connection electrode part 26A, 26B, 26C, 26D, 26E External electrode 27A AC power supply part 27B AC power supply part (ground)
28A, 28B, 28C Piezoelectric unit group 30 Multilayer piezoelectric actuator elements 30A, 30B, 30C, 30D, 30E, 30F, 30G, 30H, 30I, 30J, 30K, 30L, 30M, 30N Piezoelectric units 32A, 32B, 32C, 32D 32E, 32F, 32G, 32H, 32I, 32J, 32K, 32L, 32M, 32N Piezoelectric layers 33A, 33B, 33C, 33D, 33E, 33F, 33G, 33H, 33I, 33J, 33K, 33L, 33M, 33N , 33P Conductor layer 34 Laminate 35A, 35B, 35C, 35D, 35E, 35F, 35G, 35H, 35I, 35J, 35K, 35L, 35M, 35N, 35P External connection electrodes 36A, 36B, 36C, 36D, 36E , 36F, 36G External electrode 37A AC power supply unit 37 B AC power supply (ground)
40 Stacked piezoelectric actuator elements 40A, 40B, 40C, 40D, 40F, 40G, 40H Piezoelectric units 42A, 42B, 42C, 42D, 42E, 42F, 42G, 42H, 42I, 42J
Piezoelectric layers 443A, 43B, 43C, 43D, 43E, 43F, 43G, 43H, 43I, 43J
Conductor layer 44 Laminate 45A, 45B, 45C, 45D, 45E, 45F, 45G, 45H, 45I, 45J
External connection electrodes 46A, 46B, 46C External electrode 47A AC power supply 47B AC power supply (ground)
48A, 48B Piezoelectric unit group 49 Bonding layer 50 Multilayer piezoelectric actuator elements 50A, 50B, 50C, 50D, 50F, 50G, 50H, 50I Piezoelectric units 52A, 52B, 52C, 52D, 52E, 52F, 52G, 52H, 52I
Piezoelectric layer 53A, 53B, 53C, 53D, 53E, 53F, 53G, 53H, 53I, 53J, 53K, 53L Conductor layer 54 Laminate 55A, 55B, 55C, 55D, 55E, 55F, 55G, 55H, 55I, 55J , 55K, 55L External connection electrodes 56A, 56B, 56C, 56D External electrode 57A AC power supply 57B AC power supply (earth)
58A, 58B, 58C Piezoelectric unit group 59A, 59B Bonding layer 60 Multilayer piezoelectric actuator elements 60A, 60B, 60C, 60D, 60F, 60G, 60H, 60I, 60J, 60K, 60L Piezoelectric units 62A, 62B, 62C, 62E, 62F, 62G, 62I, 62J, 62K, 62M, 62N, 62P Piezoelectric layers 63A, 63B, 63C, 63D, 63E, 63F, 63G, 63H, 63I, 63J, 63K, 63L, 63M, 63N, 63P, 63Q Layer 64 Laminate 65A, 65B, 65C, 65D, 65E, 65F, 65G, 65H, 65I, 65J, 65K, 65L, 65M, 65N, 65P, 65Q External connection electrode portions 66A, 66B, 66C, 66D, 66E External Electrode 67A AC power supply unit 67B AC power supply unit Ground)
68A, 68B, 68C, 68D Piezoelectric unit group 69A, 69B, 69C Bonding layer 72 Piezoelectric layer 73 Conductive layers 76A, 76B, 76C External electrode 82 Piezoelectric layer 83 Conductive layers 86A, 86B, 86C External electrodes 88A, 88B Piezoelectric units Group 111 Laminated piezoelectric actuator element 112 Piezoelectric layer 113 Internal electrode layer 114 Laminated body 115 End face 116 External electrode 121 Laminated piezoelectric actuator element 122 Piezoelectric layer 123 Internal electrode layer 124 Laminated body unit 125 Joint portion 126 End faces 127A, 127B External Electrode 131 Laminated piezoelectric actuator element 132 Piezoelectric layer 133 Internal electrode layer 134 Laminated body 135 Insulating layer 136 End face 137 External electrode

Claims (4)

複数の圧電体層と導体層とが交互に積層され、前記圧電体層と、前記圧電体層を挟む一対の導体層とで構成される複数の圧電ユニットを含む積層体で構成され、前記複数の導体層は、一の導体層と、前記圧電体層を挟んで前記一の導体層と隣り合う他の導体層とが、それぞれ対向する側面に前記導体層の側端が露出して外部接続用電極部を構成し、前記外部接続用電極部に接続された外部電極を備え、前記複数の圧電ユニットのうちの少なくとも一対の圧電ユニットが直列に接続され、直列に接続された前記圧電ユニットの両端に交流電源供給部を備えることを特徴とする積層型圧電アクチュエータ素子。   A plurality of piezoelectric layers and conductor layers are alternately stacked, and each of the plurality of piezoelectric layers includes a plurality of piezoelectric units including the piezoelectric layers and a pair of conductor layers sandwiching the piezoelectric layers. The conductor layer of the first conductor layer and the other conductor layer adjacent to the one conductor layer with the piezoelectric layer interposed therebetween are exposed to the side edges of the conductor layer on the opposite side surfaces, and externally connected. An external electrode connected to the external connection electrode portion, wherein at least a pair of piezoelectric units of the plurality of piezoelectric units are connected in series, and the piezoelectric units connected in series A laminated piezoelectric actuator element comprising AC power supply units at both ends. 前記積層体の積層方向に沿った一側面に、積層方向に沿って連続して前記外部電極が配設され、他方の側面に、2つの外部電極が、相互に電気的に分断されるように配置されていることを特徴とする請求項1に記載の積層型圧電アクチュエータ素子。   The external electrode is continuously arranged along the stacking direction on one side surface along the stacking direction of the stacked body, and the two external electrodes are electrically separated from each other on the other side surface. The multilayer piezoelectric actuator element according to claim 1, wherein the multilayer piezoelectric actuator element is arranged. 複数の圧電体層と導体層とが交互に積層された積層体で構成され、前記複数の導体層は、一の導体層と、前記圧電体層を挟んで前記一の導体層と隣り合う他の導体層とが、それぞれ対向する側面に前記導体層の側端が露出して外部接続用電極部を構成し、前記外部接続用電極部に接続された外部電極を備える積層型圧電アクチュエータ素子ユニットを複数接続した積層型圧電アクチュエータ素子であって、
複数の積層型圧電アクチュエータ素子ユニットが、接着層を介して直列に接続され、少なくとも一対の積層型圧電アクチュエータ素子ユニットが、電気的に直列に接続され、電気的に直列に接続された積層型圧電アクチュエータ素子ユニットの両端に交流電源供給部を備えることを特徴とする積層型圧電アクチュエータ素子。
A plurality of piezoelectric layers and conductor layers are alternately stacked, and the plurality of conductor layers include one conductor layer and another adjacent to the one conductor layer with the piezoelectric layer interposed therebetween. A laminated piezoelectric actuator element unit comprising an external electrode connected to the external connection electrode portion, with the side edges of the conductor layer being exposed on the side surfaces facing each other to form an external connection electrode portion A plurality of stacked piezoelectric actuator elements,
A plurality of laminated piezoelectric actuator element units are connected in series via an adhesive layer, and at least a pair of laminated piezoelectric actuator element units are electrically connected in series, and are electrically connected in series. A laminated piezoelectric actuator element comprising an AC power supply unit at both ends of an actuator element unit.
直列に接続された前記積層型圧電アクチュエータ素子の長手方向に沿った一側面に、長手方向に沿って連続して前記外部電極が配置され、他方の側面に、2つの外部電極が、相互に電気的に分断されるように配置されていることを特徴とする請求項3に記載の積層型圧電アクチュエータ素子。   The external electrodes are arranged continuously along the longitudinal direction on one side surface along the longitudinal direction of the stacked piezoelectric actuator elements connected in series, and two external electrodes are electrically connected to each other on the other side surface. The multilayer piezoelectric actuator element according to claim 3, wherein the multilayer piezoelectric actuator element is arranged so as to be divided.
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