JP2009295865A - Honeycomb type piezoelectric/electrostrictive element and piezoelectric/electrostrictive speaker using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ハニカム型圧電/電歪素子と、それを用いた圧電/電歪スピーカーに関する。 The present invention relates to a honeycomb-type piezoelectric / electrostrictive element and a piezoelectric / electrostrictive speaker using the same.
近年、圧電スピーカーが普及してきている。この圧電スピーカーは、圧電性セラミックスが発現する共振現象を用いたスピーカーであり、従来のダイナミック型スピーカーに比して、薄小であり、消費電力が少ないという特徴を有するものである。 In recent years, piezoelectric speakers have become widespread. This piezoelectric speaker is a speaker using a resonance phenomenon expressed by piezoelectric ceramics, and is characterized in that it is thinner and consumes less power than a conventional dynamic speaker.
一方、複合化した携帯機器においては、デザイン性を重視した薄型化、音楽再生やテレビ視聴時における音質の向上、電池寿命の長時間化が求められている。そのため、上記の特徴を有する圧電スピーカーは、特に携帯機器向けに、その普及が進んでいる。 On the other hand, composite mobile devices are required to be thin with emphasis on design, to improve sound quality during music playback and TV viewing, and to extend battery life. For this reason, the use of piezoelectric speakers having the above-described features is progressing particularly for portable devices.
しかしながら、これまでの平面的な圧電ダイアフラムで構成された圧電スピーカーは、音量、音質において、ダイナミック型スピーカーに比して、大きく劣る。特に、既述の特徴を有することから、低音領域を原音に忠実に再生することが困難である。従って、圧電スピーカーが市場を広げるためには、その音質を、市場の要求に合致させることが必要である。 However, conventional piezoelectric speakers composed of planar piezoelectric diaphragms are greatly inferior in volume and sound quality as compared with dynamic speakers. In particular, since it has the characteristics described above, it is difficult to reproduce the bass region faithfully to the original sound. Therefore, in order for the piezoelectric speaker to expand the market, it is necessary to match the sound quality with the requirements of the market.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、良好に低音を再生可能な圧電スピーカーを提供することを課題とする。研究が重ねられた結果、以下の手段によって、この課題が解決されることが見出された。 This invention is made | formed in view of such a situation, and makes it a subject to provide the piezoelectric speaker which can reproduce | regenerate low sound satisfactorily. As a result of repeated research, it has been found that this problem can be solved by the following means.
即ち、先ず、本発明によれば、圧電/電歪体からなる隔壁が軸方向に貫通する複数のセルを区画し形成してなる柱状のハニカム構造部と、隔壁の表面を覆うように配設される内部電極と、を備え、隔壁を挟んで一対となって配設される内部電極のうち少なくとも何れか一方が、軸方向において複数の部分に分かれているハニカム型圧電/電歪素子が提供される。 That is, first, according to the present invention, a columnar honeycomb structure formed by partitioning and forming a plurality of cells in which a partition made of a piezoelectric / electrostrictive body penetrates in an axial direction is disposed so as to cover the surface of the partition. A honeycomb-type piezoelectric / electrostrictive element is provided in which at least one of the internal electrodes arranged in pairs with the partition wall is divided into a plurality of portions in the axial direction. Is done.
本発明に係るハニカム型圧電/電歪素子においては、複数のセルの全てが、同じ一方の端部で目封止されていることが好ましい。この場合において、複数のセルのうち隣接するセルが、交互に、一方の端部とは反対の、他方の端部で目封止され、軸方向において複数の部分に分かれている内部電極が、一方の端部で目封止され且つ他方の端部で目封止されるセルを形成する隔壁の表面に配設されるとともに、その軸方向において複数の部分に分かれている内部電極を電源に接続する配線が、その一方の端部で目封止され且つ他方の端部で目封止されるセル内に敷設されることが好ましい。 In the honeycomb type piezoelectric / electrostrictive element according to the present invention, it is preferable that all of the plurality of cells are plugged at the same one end. In this case, adjacent cells among the plurality of cells are alternately plugged at the other end opposite to one end, and the internal electrodes divided into a plurality of portions in the axial direction are An internal electrode that is disposed on the surface of the partition wall forming a cell plugged at one end and plugged at the other end and that is divided into a plurality of portions in the axial direction is used as a power source. The wiring to be connected is preferably laid in a cell plugged at one end and plugged at the other end.
上記の好ましい態様においては、複数のセルの全てが同じ一方の端部で目封止され、複数のセルのうち隣接するセルが交互に反対の他方の端部で目封止されるから、この他方の端部では、隣接するセルが交互に開いている(目封止されていない)ことになる。 In the above preferred embodiment, all of the plurality of cells are plugged at the same one end, and adjacent cells of the plurality of cells are alternately plugged at the other opposite end. At the other end, adjacent cells are alternately opened (not plugged).
本発明に係るハニカム型圧電/電歪素子においては、セルの長手方向に垂直な断面形状が、角部を円弧状にした四角形であることが好ましい。 In the honeycomb-type piezoelectric / electrostrictive element according to the present invention, it is preferable that the cross-sectional shape perpendicular to the longitudinal direction of the cell is a quadrangle with corners arcuate.
本発明に係るハニカム型圧電/電歪素子においては、ハニカム構造部が、圧電/電歪材料を主成分とする成形用原料を押出成形して得られるハニカム成形体を焼成したものであることが好ましい。又は、本発明に係るハニカム型圧電/電歪素子においては、ハニカム構造部が、圧電/電歪材料を主成分とするグリーンシートを積層して得られるハニカム成形体を焼成したものであることが好ましい。 In the honeycomb type piezoelectric / electrostrictive element according to the present invention, the honeycomb structure portion is obtained by firing a honeycomb formed body obtained by extruding a forming raw material mainly composed of a piezoelectric / electrostrictive material. preferable. Alternatively, in the honeycomb type piezoelectric / electrostrictive element according to the present invention, the honeycomb structure portion may be obtained by firing a honeycomb formed body obtained by laminating green sheets mainly composed of a piezoelectric / electrostrictive material. preferable.
次に、本発明によれば、隔壁を振動板として用い、セルを進行波形成空間として用い、セルの端部から音を発生させる上記した何れかのハニカム型圧電/電歪素子を用いた圧電/電歪スピーカーが提供される。 Next, according to the present invention, a piezoelectric element using any of the above-described honeycomb-type piezoelectric / electrostrictive elements that generate sound from an end of a cell using a partition as a diaphragm and a cell as a traveling wave forming space. / An electrostrictive speaker is provided.
本発明に係る圧電/電歪スピーカーは、隔壁を挟んで一対となって配設される内部電極のうち少なくとも何れか一方が軸方向において複数の部分に分かれているハニカム型圧電/電歪素子を用いているので、そのハニカム型圧電/電歪素子の隔壁を、セル内に進行波が形成されるように、変形(脈動)させることが出来る。そして、開いているセルから音を発生させることが可能である。従って、従来の平面的な圧電ダイアフラムで構成された圧電スピーカーよりも、周波数の低い音波を発生させ易い。又、音波は、セルの長手方向(軸方向)に強い指向性を有するものとなるため、指向性の高いスピーカーとして好適なものとなる。 A piezoelectric / electrostrictive speaker according to the present invention includes a honeycomb-type piezoelectric / electrostrictive element in which at least one of internal electrodes arranged in a pair with a partition interposed therebetween is divided into a plurality of portions in the axial direction. Since it is used, the partition walls of the honeycomb type piezoelectric / electrostrictive element can be deformed (pulsated) so that traveling waves are formed in the cells. It is possible to generate sound from an open cell. Accordingly, it is easier to generate a sound wave having a lower frequency than a piezoelectric speaker constituted by a conventional planar piezoelectric diaphragm. Moreover, since the sound wave has strong directivity in the longitudinal direction (axial direction) of the cell, it is suitable as a speaker having high directivity.
本発明に係る圧電/電歪スピーカーは、その好ましい態様において、軸方向において複数の部分に分かれている内部電極が一方の端部で目封止され且つ他方の端部で目封止されるセルを形成する隔壁の表面に配設されるとともに、その軸方向において複数の部分に分かれている内部電極を電源に接続する配線がその一方の端部で目封止され且つ他方の端部で目封止されるセル内に敷設されるハニカム型圧電/電歪素子を用いているので、配線のためのセルと、進行波を形成するためのセルと、を区別することが出来る。従って、配線が容易になるとともに、ノイズが発生し難くなって音質が向上する。 In a preferred embodiment of the piezoelectric / electrostrictive speaker according to the present invention, a cell in which an internal electrode divided into a plurality of portions in the axial direction is plugged at one end and plugged at the other end. The wiring that is disposed on the surface of the partition wall that connects the internal electrode divided into a plurality of portions in the axial direction to the power source is plugged at one end and is connected at the other end. Since the honeycomb-type piezoelectric / electrostrictive element laid in the cell to be sealed is used, a cell for wiring and a cell for forming a traveling wave can be distinguished. Therefore, wiring becomes easy and noise is less likely to occur, improving sound quality.
以下、本発明について、適宜、図面を参酌しながら、実施の形態を説明するが、本発明はこれらに限定されて解釈されるべきものではない。本発明に係る要旨を損なわない範囲で、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良、置換を加え得るものである。例えば、図面は、好適な本発明に係る実施の形態を表すものであるが、本発明は図面に表される態様や図面に示される情報により制限されない。本発明を実施し又は検証する上では、本明細書中に記述されたものと同様の手段若しくは均等な手段が適用され得るが、好適な手段は、以下に記述される手段である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with appropriate reference to the drawings, but the present invention should not be construed as being limited thereto. Various changes, modifications, improvements, and substitutions can be added based on the knowledge of those skilled in the art without departing from the scope of the present invention. For example, the drawings show preferred embodiments according to the present invention, but the present invention is not limited by the modes shown in the drawings or the information shown in the drawings. In practicing or verifying the present invention, the same means as described in this specification or equivalent means can be applied, but preferred means are those described below.
図1A及び図1Bは、本発明に係るハニカム型圧電/電歪素子の一の実施形態を模式的に示す図である。図1Aは斜視図であり、図1Bは図1Aの「部分A」を切り出して拡大した斜視図である。又、図2は、本発明に係るハニカム型圧電/電歪素子の他の実施形態を模式的に示す断面図であり、軸方向に平行な断面を示す図である。 1A and 1B are views schematically showing an embodiment of a honeycomb-type piezoelectric / electrostrictive element according to the present invention. 1A is a perspective view, and FIG. 1B is an enlarged perspective view of “part A” of FIG. 1A cut out. FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing another embodiment of the honeycomb-type piezoelectric / electrostrictive element according to the present invention, and shows a cross section parallel to the axial direction.
図1A及び図1Bに示されるハニカム型圧電/電歪素子100は、軸方向(中心軸方向)Pに貫通する複数のセル2を、区画形成する隔壁3を有する柱状のハニカム構造部1と、セル2の内壁面4に、内壁面4全体を内側から覆うように配設された内部電極5とを備えるものである。セル2の内壁面4は、セル2を形成する隔壁3の表面であり、隔壁3は圧電/電歪体である。又、図2に表わされているように、ハニカム型圧電/電歪素子100では、隔壁3を挟んで一対となって配設される内部電極5(内部電極5a,5b)のうちの一方である内部電極5bが、軸方向Pにおいて複数の部分に分かれている。
A honeycomb piezoelectric /
図2に示されるハニカム型圧電/電歪素子300は、ハニカム型圧電/電歪素子100のセルに目封止を施したものである。ハニカム型圧電/電歪素子300では、ハニカム型圧電/電歪素子100のセル2の全てが、同じ一方の端部(図2において左側の端部)において目封止部11によって目封止され、セル2のうち隣接するセルが、交互に、一方の端部とは反対の他方の端部(図2において右側の端部)において目封止部11によって目封止されている。そして、複数の部分に分かれている内部電極5bは、両方の端部において目封止されているセル2を形成する隔壁3の表面(内壁面4)に配設され、複数の部分に分かれていない内部電極5aは、片方(左側)の端部のみが目封止されているセル2を形成する隔壁3の表面(内壁面4)に配設されている。
A honeycomb type piezoelectric /
ハニカム型圧電/電歪素子100(又は、ハニカム型圧電/電歪素子300に含まれるハニカム型圧電/電歪素子100相当部分)は、隔壁3を挟んで隣接するセル2に配設された内部電極5(5a,5b)間に電圧を印加して、隔壁3を変形させ、ひいてはハニカム構造部1を変形させることが可能なものである。隔壁3を挟んで配設された内部電極5a,5b間に電圧を印加すると、その隔壁3を、厚さ方向(d33方向)に伸びるとともに厚さ方向に垂直な方向(d31方向)に縮むように変形させることが可能である。
The honeycomb-type piezoelectric / electrostrictive element 100 (or a portion corresponding to the honeycomb-type piezoelectric /
図1Bに示されるように、ハニカム型圧電/電歪素子100の中心軸方向Pは、隔壁3の厚さ方向に垂直な方向に該当するため、隔壁3は、矢印a1、a2で示される方向に縮むように変形する。又、ハニカム型圧電/電歪素子100の中心軸方向Pに垂直な面(端面及び断面)における、隔壁3の厚さ方向に垂直な方向においても、隔壁3が、矢印a3、a4で示される方向、及び矢印a5、a6で示される方向に縮むように変形する。更に、ハニカム型圧電/電歪素子100の中心軸方向Pに垂直な面(端面及び断面)における、隔壁3の厚さ方向では、隔壁3が、矢印a7、a8で示される方向に伸びるように変形する。このように、隔壁3は、その厚さ方向に伸び、厚さ方向に垂直な方向に縮むように変形する。
As shown in FIG. 1B, the central axis direction P of the honeycomb-type piezoelectric /
従って、例えば、分かれている内部電極5bに同じタイミングで電圧を印加すれば、隔壁3は、何れの部分でも同じ変形をするため、ハニカム型圧電/電歪素子100は、全体的に、セル2の貫通する方向(中心軸方向P)に縮み、更にセル2の貫通する方向(中心軸方向P)に直交する面内において縮む。隔壁3は、厚さ方向に伸びるように変形するが、隔壁3の厚さ方向にはセル2の空間が形成されているため、隔壁3の厚さ方向の変形は、セル2の空間を狭めるように作用し、ハニカム型圧電/電歪素子100の外部形状の変化への寄与は小さい。
Therefore, for example, if a voltage is applied to the separated
一方、分かれている内部電極5bに異なるタイミングで電圧を印加すれば、異なるタイミングで電圧を印加されたそれぞれの内部電極5bによって挟まれた隔壁3の変形のタイミングもずれる。あるいは、分かれている内部電極5bに波形の異なる電圧を印加すれば、同様に、それぞれの内部電極5bによって挟まれた隔壁3は電圧の波形に応じて異なるタイミングで変形をすることになる。従って、これらのような電圧の印加によれば、ハニカム型圧電/電歪素子100を全体的に縮ませるのではなく、隔壁3を脈動させることが可能である。
On the other hand, if a voltage is applied to the divided
これらの作用は、ハニカム型圧電/電歪素子100で構成されるハニカム型圧電/電歪素子300でも、同様に発現する。従って、ハニカム型圧電/電歪素子100,300は、隔壁3を振動板として用い、セル2を進行波形成空間として用いて、セル2の端部から音を発生させる圧電/電歪スピーカーとして利用することが出来る。特に、ハニカム型圧電/電歪素子300は、セル2の一方の端部のみが開いているため、指向性の高いスピーカーとして好適である。
These effects are also exhibited in the honeycomb type piezoelectric /
ハニカム型圧電/電歪素子100,300を構成するハニカム構造部1は、隔壁3の最外周全体を囲むように外周壁6が配設されている。隔壁3は圧電/電歪体であるが、外周壁6は圧電/電歪体であってもよいし、他のセラミック材料であってもよい。
In the
ハニカム型圧電/電歪素子100,300の大きさは、用途によって適宜選択することが出来る。例えば、圧電/電歪スピーカーとして使用する場合には、断面積0.3〜1.5mm2、長さ30〜80mm程度であることが好ましい。
The size of the honeycomb-type piezoelectric /
ハニカム型圧電/電歪素子100,300の隔壁3の厚さは、用途によって適宜選択することが出来る。例えば、圧電/電歪スピーカーとして使用する場合には、20〜500μmであることが好ましく、30〜80μmであることが更に好ましく、30〜50μmであることが特に好ましい。又、外周壁6を有する場合には、その厚さは50〜200μmであることが好ましい。
The thickness of the
ハニカム型圧電/電歪素子100,300に形成されるセル2の数は、用途によって適宜選択することが出来る。例えば、圧電/電歪スピーカーとして使用する場合には、10〜1000が好ましく、40〜500が更に好ましい。
The number of
ハニカム型圧電/電歪素子100,300において、ハニカム構造部1の中心軸に垂直な断面の形状は、図1Aに示すように四角形であってもよいが、五角形、六角形等の他の多角形であってもよいし、円形、楕円形、トラック形状等の他の形状であってもよい。又、セル2の中心軸に垂直(長手方向に垂直)な断面の形状は、図1Aに示すように四角形であってもよいが、五角形、六角形等の他の多角形であってもよいし、角部を円弧状にした四角形等の多角形、円形、楕円形、トラック形状等の他の形状であってもよい。「角部を円弧状にした四角形」というときは、セル2の長手方向に垂直な断面形状において、四箇所の角部(頂点に相当する部分)が、円弧状に丸く形成された四角形のことをいう。セルのこの様な形状は、セル内に配設された内部電極の、角部に相当する部分の電界集中を防止出来る点で好ましい。
In the honeycomb type piezoelectric /
ハニカム型圧電/電歪素子100,300において、ハニカム構造部1は、圧電/電歪材料を主成分とする成形用原料を押出成形したものを焼成して形成したものであることが好ましい。これにより、ハニカム型圧電/電歪素子100,300を、少ない工程で、効率的に作製することが出来、製造コストも安価にすることが可能となる。又、ハニカム構造部1を、圧電/電歪材料を主成分とするグリーンシートを積層したものを焼成して形成してもよい。ここで、「圧電/電歪材料を主成分とする」というときは、圧電/電歪材料の、成形原料を構成する粉体成分全体に対する含有率が、50質量%を超えることをいう。
In the honeycomb-type piezoelectric /
ハニカム型圧電/電歪素子100,300において、内部電極5の厚さは、用途によって適宜選択することが出来る。例えば、圧電/電歪スピーカーとして使用する場合には、0.05〜5μmであることが好ましく、0.1〜1μmであることが更に好ましく、0.1〜0.5μmであることが特に好ましい。0.05μmより薄いと、電極の抵抗が高くなり、圧電/電歪体に十分な電界がかからないことがあり、5μmより厚いと、不活性部として変位の阻害を無視出来ないことがある。
In the honeycomb type piezoelectric /
ハニカム型圧電/電歪素子300では、内部電極5を電源に接続するための回路は、分かれていない内部電極5aについては、目封止部11によって構成することが出来る。即ち、導電性材料で目封止部11を形成し、セル2を全て目封止した側(図2において左側)で目封止部11どうしを接続し、目封止部11に全ての内部電極5aを接続し(図2を参照)、目封止部11に電源を接続すればよい。分かれている内部電極5bについては、図2に示されるように、それぞれの内部電極5bに、シールされた配線12を接続し、目封止部11を貫通させることで、配線12を電源に接続することが可能である。この場合、内部電極5bを電源に接続する配線12は、両方の端部が目封止部11で目封止されたセル2内に敷設されることになる。
In the honeycomb type piezoelectric /
目封止部11の存在しないハニカム型圧電/電歪素子100では、導電性材料によって外部電極を形成し、それに内部電極5aを接続してもよい。ハニカム型圧電/電歪素子300においても、目封止部11を例えば隔壁3と同じ圧電/電歪材料で形成し、目封止部11を絶縁性とした上で、同様に、別途、導電性材料によって外部電極を形成し、それに内部電極5aを接続してもよい。
In the honeycomb type piezoelectric /
ハニカム型圧電/電歪素子300において、目封止部11の深さ(セル2内へ入り込む長さ)は、用途によって適宜設定することが出来る。例えば、圧電/電歪スピーカーとして使用する場合には、0.5〜5mmが好ましい。又、圧電/電歪スピーカーとして使用する場合には、目封止部11は、セル2の孔を完全に塞ぐように配設されることが好ましい。
In the honeycomb-type piezoelectric /
ハニカム型圧電/電歪素子300において、目封止部11を緻密質とすれば、外界の水分など、素子の耐久性に悪影響を及ぼすものを排除出来るという利点がある。一方、多孔質の場合、セルの内部と外部で通気性があるため、外界の圧力変化などに対しての信頼性が高いという利点がある。圧電/電歪スピーカーとして使用する場合には、目封止部11は緻密質であることが好ましい。
In the honeycomb-type piezoelectric /
外部電極を設ける場合、その厚さは、用途によって適宜選択することが出来る。例えば、圧電/電歪スピーカーとして使用する場合には、0.1〜20μmが好ましい。 When the external electrode is provided, the thickness can be appropriately selected depending on the application. For example, when using as a piezoelectric / electrostrictive speaker, 0.1-20 micrometers is preferable.
次に、本発明に係るハニカム型圧電/電歪素子の材料について説明する。 Next, the material of the honeycomb type piezoelectric / electrostrictive element according to the present invention will be described.
ハニカム型圧電/電歪素子100,300を構成するハニカム構造部1の隔壁3は、圧電/電歪体である。圧電/電歪体を構成する圧電/電歪材料としては、電界誘起歪みを起こす材料であれば、特に限定されるものではなく、結晶質でも非晶質でもよく、又、半導体セラミック材料や強誘電体セラミック材料、あるいは反強誘電体セラミック材料でもよい。用途に応じて適宜選択し採用すればよい。又、分極処理が必要な材料であっても必要がない材料であってもよい。
The
具体的には、ジルコン酸鉛、チタン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛、ニッケルニオブ酸鉛、ニッケルタンタル酸鉛、亜鉛ニオブ酸鉛、マンガンニオブ酸鉛、アンチモンスズ酸鉛、マンガンタングステン酸鉛、コバルトニオブ酸鉛、マグネシウムタングステン酸鉛、マグネシウムタンタル酸鉛、チタン酸バリウム、チタン酸ナトリウムビスマス、チタン酸ビスマスネオジウム(BNT)、ニオブ酸ナトリウム、ニオブ酸カリウムナトリウム、タンタル酸ストロンチウムビスマス、銅タングステンバリウム、鉄酸ビスマス、あるいはこれらのうちの2種以上からなる複合酸化物等を挙げることが出来る。又、これらの材料には、ランタン、カルシウム、ストロンチウム、モリブデン、タングステン、バリウム、ニオブ、亜鉛、ニッケル、マンガン、セリウム、カドミウム、クロム、コバルト、アンチモン、鉄、イットリウム、タンタル、リチウム、ビスマス、スズ、銅等の酸化物が固溶されていてもよい。中でも、ジルコン酸鉛、チタン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛の複合酸化物を主成分として酸化ニッケルを含有してなる材料や、ジルコン酸鉛、チタン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛、ニッケルニオブ酸鉛の複合酸化物を主成分とする材料が、大きな電界誘起歪が利用出来ることから、好ましい。ここで、主成分とは含有率が50質量%を超える成分をいう。この場合、ニッケル成分として、酸化物換算で0.05〜3質量%含有するものが特に好ましい。又、上記材料に、ビスマス酸リチウム、ゲルマニウム酸鉛等を添加した材料は、その圧電/電歪体の低温焼成を実現しつつ高い材料特性を発現出来るので好ましく、特に、上記ジルコン酸鉛、チタン酸鉛、及びマグネシウムニオブ酸鉛の複合酸化物を主成分として酸化ニッケルを含有してなる材料であって、そのニッケル成分として、酸化物換算で0.05〜3質量%含有し、且つゲルマニウム酸鉛を0.3〜4質量%添加した材料と;ジルコン酸鉛、チタン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛、及びニッケルニオブ酸鉛の複合酸化物を主成分とする材料であって、そのニッケル成分として、酸化物換算で0.05〜3質量%含有し、且つゲルマニウム酸鉛を0.3〜4質量%添加した材料が望ましい。 Specifically, lead zirconate, lead titanate, lead magnesium niobate, lead nickel niobate, lead nickel tantalate, lead zinc niobate, lead manganese niobate, lead antimony stannate, lead manganese tungstate, cobalt niobium Lead oxide, lead magnesium tungstate, lead magnesium tantalate, barium titanate, sodium bismuth titanate, bismuth neodymium titanate (BNT), sodium niobate, potassium sodium niobate, strontium bismuth tantalate, barium copper tungsten, iron acid Examples thereof include bismuth or a composite oxide composed of two or more of these. These materials include lanthanum, calcium, strontium, molybdenum, tungsten, barium, niobium, zinc, nickel, manganese, cerium, cadmium, chromium, cobalt, antimony, iron, yttrium, tantalum, lithium, bismuth, tin, An oxide such as copper may be dissolved. Above all, materials containing nickel oxide with a composite oxide of lead zirconate, lead titanate, and lead magnesium niobate, and lead zirconate, lead titanate, lead magnesium niobate, lead nickel niobate A material containing a composite oxide as a main component is preferable because a large electric field induced strain can be used. Here, the main component refers to a component whose content exceeds 50% by mass. In this case, the nickel component is particularly preferably 0.05 to 3% by mass in terms of oxide. In addition, a material obtained by adding lithium bismutate, lead germanate, or the like to the above material is preferable because it can exhibit high material properties while realizing low-temperature firing of the piezoelectric / electrostrictive body. In particular, the above lead zirconate, titanium A material comprising nickel oxide as a main component of a composite oxide of lead oxide and lead magnesium niobate, containing 0.05 to 3% by mass in terms of oxide as the nickel component, and germanic acid A material containing 0.3 to 4% by weight of lead; a material mainly composed of a composite oxide of lead zirconate, lead titanate, lead magnesium niobate, and lead nickel niobate, and its nickel component A material containing 0.05 to 3% by mass in terms of oxide and 0.3 to 4% by mass of lead germanate is desirable.
内部電極5は、室温で固体であって、導電性の金属材料で構成されていることが好ましい。例えば、アルミニウム、チタン、クロム、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ニオブ、モリブデン、ルテニウム、ロジウム、銀、スズ、タンタル、タングステン、イリジウム、白金、金、鉛等を含有する金属単体又は合金が挙げられる。
The
外部電極を設ける場合、その材料は、室温で固体であって、導電性の金属で構成されていることが好ましい。例えば、アルミニウム、チタン、クロム、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ニオブ、モリブデン、ルテニウム、ロジウム、銀、スズ、タンタル、タングステン、イリジウム、白金、金、鉛等を含有する金属単体又は合金が挙げられる。 When the external electrode is provided, the material is preferably made of a conductive metal that is solid at room temperature. For example, simple metals or alloys containing aluminum, titanium, chromium, iron, cobalt, nickel, copper, zinc, niobium, molybdenum, ruthenium, rhodium, silver, tin, tantalum, tungsten, iridium, platinum, gold, lead, etc. Can be mentioned.
目封止部の材料は、室温で固体であって、導電性の金属を含有するものであることが好ましい。例えば、アルミニウム、チタン、クロム、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ニオブ、モリブデン、ルテニウム、ロジウム、銀、スズ、タンタル、タングステン、イリジウム、白金、金、鉛等を含有する金属単体又は合金を挙げることが出来る。 The material of the plugging portion is preferably a solid at room temperature and containing a conductive metal. For example, a simple metal or alloy containing aluminum, titanium, chromium, iron, cobalt, nickel, copper, zinc, niobium, molybdenum, ruthenium, rhodium, silver, tin, tantalum, tungsten, iridium, platinum, gold, lead, etc. I can list them.
次に、本発明に係るハニカム型圧電/電歪素子の製造方法について説明する。本発明に係るハニカム型圧電/電歪素子は、例えば、以下のような方法により製造することが出来るが、本発明に係るハニカム型圧電/電歪素子を製造する方法は、以下の方法に限定されることはない。ここでは、ハニカム型圧電/電歪素子300を製造する方法について説明する。
Next, a method for manufacturing a honeycomb-type piezoelectric / electrostrictive element according to the present invention will be described. The honeycomb type piezoelectric / electrostrictive element according to the present invention can be manufactured, for example, by the following method, but the method of manufacturing the honeycomb type piezoelectric / electrostrictive element according to the present invention is limited to the following method. It will never be done. Here, a method for manufacturing the honeycomb-type piezoelectric /
先ず、ハニカム構造部1を成形するための坏土を形成する。これは、上述したハニカム構造部1の隔壁3の材料として挙げたものの原料を用い、その原料を混合、混練して坏土を形成するものである。例えば、チタン酸ジルコン酸鉛等の粉体原料に、水、有機溶媒等の分散媒、有機バインダ、分散剤等を加えて成形原料とし、これを混練し、粘土状の坏土を形成する。
First, a clay for forming the
有機バインダとしては、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシルメチルセルロース、ポリビニルアルコール等を使用することが出来る。これらは、一種単独で使用してもよいし、二種以上を組み合わせて使用してもよい。分散剤としては、エチレングリコール、出来ストリン、脂肪酸石鹸、ポリアルコール等を使用することが出来る。これらは、一種単独で使用してもよいし、二種以上を組み合わせて使用してもよい。分散媒として有機溶媒を用いる場合には、アルコールなどの有機溶媒を用いることが好ましい。有機溶媒としては、たとえば、テルピネオールを用いることが出来る。この場合、有機バインダとしてポリビニルブチラールを用いることも出来る。成形原料を混練して坏土を調製する方法としては特に制限はなく、例えば、ニーダー、真空土練機等を用いる方法を挙げることが出来る。 As the organic binder, hydroxypropylmethylcellulose, methylcellulose, hydroxyethylcellulose, carboxymethylcellulose, polyvinyl alcohol and the like can be used. These may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type. As the dispersant, ethylene glycol, finished string, fatty acid soap, polyalcohol or the like can be used. These may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type. When an organic solvent is used as the dispersion medium, it is preferable to use an organic solvent such as alcohol. As the organic solvent, for example, terpineol can be used. In this case, polyvinyl butyral can also be used as the organic binder. There is no restriction | limiting in particular as a method of kneading | mixing a shaping | molding raw material, For example, the method of using a kneader, a vacuum clay kneader, etc. can be mentioned.
次に、得られた坏土を、ハニカム形状に成形してハニカム成形体を作製する。ハニカム成形体を作製する方法としては、特に制限はなく、押出成形、射出成形、プレス成形等の従来公知の成形法を用いることが出来る。中でも、上述のように調製した坏土を、所望のセル形状、隔壁厚さ、セル密度を有する口金を用いて押出成形する方法等を好適例として挙げることが出来る。又、原料と、バインダを含んだ有機溶媒とを混合したスラリーを作製し、ドクターブレード法等により成形して、セルを形成するための複数の貫通孔を設けたグリーンシートを作製し、得られたグリーンシートを積層することによりハニカム成形体を作製してもよい。 Next, the obtained clay is formed into a honeycomb shape to produce a honeycomb formed body. There is no restriction | limiting in particular as a method of producing a honeycomb molded object, Conventionally well-known shaping | molding methods, such as extrusion molding, injection molding, and press molding, can be used. Among them, a preferable example is a method of extruding the clay prepared as described above using a die having a desired cell shape, partition wall thickness, and cell density. Also, a slurry is prepared by mixing a raw material and an organic solvent containing a binder, and molded by a doctor blade method or the like to produce a green sheet having a plurality of through holes for forming cells. A honeycomb formed body may be manufactured by laminating the green sheets.
次に、得られたハニカム成形体を乾燥させて、ハニカム乾燥体を作製することが好ましい。乾燥の方法も特に制限はなく、例えば、熱風乾燥、マイクロ波乾燥、誘電乾燥、減圧乾燥、真空乾燥、凍結乾燥等の従来公知の乾燥法を用いることが出来る。中でも、成形体全体を迅速かつ均一に乾燥することが出来る点で、熱風乾燥と、マイクロ波乾燥又は誘電乾燥とを組み合わせた乾燥方法が好ましい。 Next, it is preferable to produce a honeycomb dried body by drying the obtained honeycomb formed body. The drying method is not particularly limited, and conventionally known drying methods such as hot air drying, microwave drying, dielectric drying, reduced pressure drying, vacuum drying, freeze drying and the like can be used. Especially, the drying method which combined hot air drying and microwave drying or dielectric drying is preferable at the point which can dry the whole molded object rapidly and uniformly.
次に、得られたハニカム乾燥体を本焼成する前に仮焼して仮焼体を作製してもよい。「仮焼」とは、ハニカム成形体中の有機物(有機バインダ、分散剤等)を燃焼させて除去する操作を意味する。仮焼温度は200〜800℃程度とすればよい。仮焼時間としては特に制限はないが、通常は、10〜100時間程度である。 Next, the obtained honeycomb dried body may be calcined before main firing to produce a calcined body. “Preliminary firing” means an operation of burning and removing organic substances (organic binder, dispersant, etc.) in the honeycomb formed body. The calcining temperature may be about 200 to 800 ° C. Although there is no restriction | limiting in particular as a calcination time, Usually, it is about 10 to 100 hours.
次に、得られた仮焼体を焼成(本焼成)することによって、ハニカム構造部1を得ることが出来る。「本焼成」とは、仮焼体中の成形原料を焼結させて緻密化し、所定の強度を確保するための操作を意味する。焼成条件(温度・時間)は、成形原料の種類により異なるため、その種類に応じて適当な条件を選択すればよい。
Next, the
次に、ハニカム構造部1のセル2の内壁面4(隔壁3の表面)に、内部電極5(5a,5b)を配設する。内部電極5aは内壁面4全体に配設し、内部電極5bは、複数に分けて内壁面4に配設する。内部電極5の配設方法としては、例えば、以下の方法で配設することが出来る。先ず、内部電極5の材料となる金属を粉末状にし、アルコールなどの溶媒や有機バインダ等を加えてスラリーとする。スラリー濃度としては、50〜80質量%が好ましい。又、スラリーの粘度としては、0.05〜50Pa・sが好ましい。そして、内部電極5aの場合には、スラリーにハニカム構造部1を浸漬してセル2の内壁面4にスラリーを付着させ、その後、600〜900℃で加熱することにより、内壁面4全体を覆うように膜状の内部電極5aを配設することが出来る。この場合、スラリーをセル2の内壁面4に付着させるときに、隔壁側から吸引することにより、セル2の内壁面4に効率的にスラリーを付着させることが好ましい。内部電極5bの場合には、電極を形成しない部分にマスクとなる材料を付着させた上で、内部電極5aと同様な方法で、セル2の内壁面4にスラリーを付着させる。上記方法のほか、メッキ、スパッタリングなども用いられる。
Next, internal electrodes 5 (5a, 5b) are disposed on the inner wall surface 4 (surface of the partition walls 3) of the
次に、内部電極5(5a,5b)を配設したハニカム構造部1の一方の端面に目封止部11を配設する。目封止部11を配設する方法は、例えば、以下の通りである。先ず、上記目封止部11に使用する金属原料の粉末、水又はアルコールなどの有機溶媒、及び有機バインダを含む目封止スラリー(又は、目封止ペースト)を、貯留容器に貯留しておく。スラリー濃度としては、50〜90質量%が好ましい。又、スラリーの粘度としては、5〜5000Pa・sが好ましい。そして、上記内部電極5を配設したハニカム構造部1の一方の端部を、貯留容器中に浸漬して、セル2の開口部に目封止スラリーを充填して目封止部11を形成する。目封止部11を設けないセル2がある場合には、それぞれの端部におけるセルのなかで、目封止部11を設けないセル2にマスクを施せばよい。
Next, the plugging
尚、配線12は、先端にハンダをつけた被覆導線を、ハニカム構造部1の端面から所定の位置まで挿入し、更にハニカム構造部1全体を加熱し、セル2内部でハンダ付けさせることによって、接続する。
The
本発明に係るハニカム型圧電/電歪素子は、圧電/電歪スピーカーとして利用することが出来る。そして、その圧電/電歪スピーカーは、低音を良好に再生することが出来るので、従来のダイナミック型スピーカーに代わるスピーカーとして、好適に利用することが可能である。 The honeycomb-type piezoelectric / electrostrictive element according to the present invention can be used as a piezoelectric / electrostrictive speaker. And since the piezoelectric / electrostrictive speaker can reproduce low sound satisfactorily, it can be suitably used as a speaker replacing the conventional dynamic speaker.
1:ハニカム構造部、2:セル、2a:角部、3:隔壁、4:内壁面、5,5a,5b:内部電極、6:外周壁、7,7a,7b:外部電極、11:目封止部、12:配線、100,300:ハニカム型圧電/電歪素子、A:部分、a1,a2,a3,a4,a5,a6,a7,a8:矢印。 1: honeycomb structure, 2: cell, 2a: corner, 3: partition, 4: inner wall surface, 5, 5a, 5b: internal electrode, 6: outer peripheral wall, 7, 7a, 7b: external electrode, 11: eye Sealing part, 12: wiring, 100, 300: honeycomb type piezoelectric / electrostrictive element, A: part, a1, a2, a3, a4, a5, a6, a7, a8: arrows.
Claims (7)
前記隔壁を挟んで一対となって配設される前記内部電極のうち少なくとも何れか一方が、前記軸方向において複数の部分に分かれているハニカム型圧電/電歪素子。 A columnar honeycomb structure formed by partitioning a plurality of cells in which a partition made of a piezoelectric / electrostrictive body penetrates in the axial direction; and an internal electrode disposed so as to cover the surface of the partition;
A honeycomb-type piezoelectric / electrostrictive element in which at least one of the internal electrodes arranged in a pair with the partition wall interposed therebetween is divided into a plurality of portions in the axial direction.
前記軸方向において複数の部分に分かれている内部電極が、前記一方の端部で目封止され且つ他方の端部で目封止される前記セルを形成する隔壁の表面に配設されるとともに、
その軸方向において複数の部分に分かれている内部電極を電源に接続する配線が、その一方の端部で目封止され且つ他方の端部で目封止されるセル内に敷設される請求項2に記載のハニカム型圧電/電歪素子。 Adjacent cells of the plurality of cells are alternately plugged at the other end opposite to the one end,
An internal electrode divided into a plurality of portions in the axial direction is disposed on the surface of the partition wall forming the cell plugged at the one end and plugged at the other end. ,
A wiring for connecting an internal electrode divided into a plurality of parts in the axial direction to a power source is laid in a cell plugged at one end and plugged at the other end. 2. A honeycomb-type piezoelectric / electrostrictive element according to 2.
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