JP2844729B2 - 圧電性傾斜機能素子及びその製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、分極の大きさが連続的又は段階的に変化し
ている分極状態を有する圧電性傾斜機能素子及びその製
造法に関するものである。

［従来の技術］ 従来、一体の圧電素子材内で分極の大きさを段階的に
変化させた圧電素子を製造する方法を第８図を参照して
説明する。

均一厚さに形成された圧電素子11の上下両面に対し、
複数に分割された分極用電極12〜12,13〜13を図の様に
分極方向と直交する方向に接触して対向させる。

次に、対向する各分極用電極12,13に直流分極電解Ｅ
を順次印加し、分極操作を繰り返す。各々分極操作時の
分極条件、例えば分極電界の大きさ、分極時間、分極処
理温度等を変化させることで、対向する分極用電極12,1
3間の圧電素材11の該電極12,13に垂直な方向の分極Ｐの
大きさを各エリア毎に変化させる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述のように分極処理を分極用電極1
2,13を用いて行うと、電極の分割度に限界が生じる上、
分割電極を用いる方法では、分割度を増せば増す程、分
極操作の回数が増すことになり、製造コストアップは免
れなくなってしまう。又、連続的に分極の大きさが変化
した分極状態を実現することは不可能であり、段階的変
化しか実現できないという問題があった。

本発明の目的は、上述した問題点を解決するためにな
されたものであり、同一圧電素材内で分極の大きさが連
続的に又は段階的に変化した分極状態を１回の分極操作
で、安価に得られる製造方法及び分極の大きさが連続的
に変化した分極状態の圧電性傾斜機能素子を提供するこ
とにある。

［課題を解決するための手段］ この目的を達成するために本発明は、連続的又は段階
的に厚さを変化させた圧電素材の両側面に分極用電極を
配置して、両分極用電極に分極用電源から所定の電圧を
印加して、前記圧電素材に連続的又は段階的に大きさの
変化した分極処理を行い、分極後、後加工によって所定
の圧電素子形状に加工するという方法をとっている。

又、本発明の圧電性傾斜機能素子は、均一厚さに加工
され、かつ分極の大きさが連続液に変化している分極状
態を有する圧電素材の両面に駆動用電極を設けたもので
ある。

［作 用］ 上記の方法を有する本発明は、厚さの異なる圧電素材
に設けた分極用電極に、一定の直流電圧が印加され分極
処理される。この際、印加される電圧が一定なので、圧
電素材は分極時の圧電素材の各位置での分極電解強度の
差に起因して、分極の大きさが連続的又は段階的に変化
した分極状態を有する素材となる。

又、本発明の圧電性傾斜機能素子は、分極の大きさが
連続的に変化している分極状態を有するので、駆動用電
極に電圧を印加した場合、圧電素材の変化が段階的に変
化している分極状態を有する圧電素材と比較して、圧電
素材の傾斜状態への変形が安定して行われる。

［実施例］ 以下、本発明を具体化した一実施例を第１図〜第７図
を参照して説明する。

この実施例では、圧電素材として圧電セラミックス材
料を使用している。そして、第２図に示すように、厚み
が直線的に連続して変化する板状の圧電素材１を、プレ
ス成形後、常圧焼結法により製造する。

この圧電素材１の厚み方向に対向する両表面に対し、
第３図に示すように、例えばスクリーン印刷方法により
銀製の分極用電極2,2′を形成する。

次に、第１図に示すように、前記分極用電極2,2′に
対し、選定した圧電セラミックス材料のキュリー点温度
以下の温度でオイルバス３を使用して絶縁オイル４中で
分極用電源５を使用して一定の直流電圧を印加して分極
操作を行う。この一定の直流電圧としては、圧電素材１
中の分極電解Ｅの強度の大きい厚みの薄い部分の電解Ｅ
が第７図で示した分極Ｐの大きさが飽和する電解Eoと同
程度となる様な電圧を選定する。

前述したように、厚みが直線的に連続して変化する圧
電素材１は、分極用電極2,2′に極性方向に一定の直流
電圧を印加すると、対向する分極用電極2,2′間の電気
力線Ｆの向きは破線で示すような同心円状となり、圧電
素材１内の各位置で分極電解Ｅの向きは、前記同心円上
の接線方向となり、さらに、電界Ｅの強度は厚みが増す
につれて弱くなる。

その後、第４図に示すように、機械加工などにより分
極操作の完了した圧電素材１を厚みが一定となる様に整
形（第５図参照）した後、第６図に示すように、圧電素
材１の両面に新しく駆動用電極6,6′を形成し、圧電性
傾斜機能素子７を作製する。

このようにして得られた圧電性傾斜機能素子７は、駆
動用電極6,6′に対し垂直な方向つまり圧電素材１の厚
さ方向の矢印で示された分極ベクトル成分を考えると、
分極時の分極電解Ｅの強度分布に対応して長手方向に徐
々に分極Ｐの大きさが減少した分極状態を有することに
なる。つまりこの圧電性傾斜機能素子７は厚み方向の分
極Ｐの大きさが長手方向に対して連続的に変化した分極
状態を有する。

この圧電性傾斜機能素子７の駆動用電極6,6′に分極
電解Ｅと同じ極性方向に直流駆動電圧を印加すると、第
６図に二点鎖線で示すように、長手方向に縮み、厚み方
向に伸び、全体として傾斜状態に安定して変形する。こ
こで厚み方向の伸びの変位量は、厚み方向の分極Ｐの大
きさと相関があるので、第６図で模式的に示す様な変形
をする。

なお、この発明は前記実施例に限定されるものではな
く、例えば、中央部から両側方にいく程厚さが増大する
圧電素材１を使用したり、段階的に厚さが変化する圧電
素材１に対し、段階状の分極用電極２を接触して分極処
理を１回で行うようにしたり、さらに、圧電素材１を予
め均一肉厚部と、楔状部とに分割形成しておき、これを
接触した状態で分極処理を行うなど、この発明の要旨を
逸脱しない範囲で任意に変更して具体化することもでき
る。

［発明の効果］ 以上詳述したことから明らかなように、本発明によれ
ば、圧電素材に対し連続的又は段階的に変化した分極状
態を１回の分極操作で付与することができ、従って、圧
電性傾斜機能素子を低いコストで製造できる効果があ
る。

又、本発明の圧電性傾斜機能素子は、分極の大きさが
連続的に変化している分極状態を有するので、駆動用電
極に電圧を印加した場合、圧電素材の傾斜状態への変形
を安定して行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第７図までは本発明を具体化した実施例を示す
もので、第１図は本発明による分極処理工程を示す断面
図、第２図は圧電素材のみを示す側面図、第３図は圧電
素材に分極用電極を設けた側面図、第４図は機械加工を
示す側面図、第５図は機械加工後の圧電素材の側面図、
第６図は圧電性傾斜機能素子を示す側面図、第７図は圧
電素材の分極電界の大きさと分極の大きさの関係を示す
図、第８図は分割電極を使用した従来法の一例を示す側
面図である。 １……圧電素材、2,2′……分極用電極、５……分極用
電源、６……駆動用電源、Ｅ……電界、Ｐ……分極。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】連続的又は段階的に厚さを変化させた圧電
   素材の両側面に分極用電極を配置して、両分極用電極に
   分極用電源から所定の電圧を印加して、前記圧電素材に
   連続的又は段階的に大きさの変化した分極処理を行い、
   分極後、後加工によって所定の圧電素子形状に加工する
   ことを特徴とする圧電性傾斜機能素子の製造法。
2. 【請求項２】均一厚さに加工され、かつ分極の大きさが
   連続的に変化している分極状態を有する圧電素材の両面
   に駆動用電極を設けたことを特徴とする圧電性傾斜機能
   素子。