JP2910095B2 - 圧電素子及び圧電素子の製造方法 - Google Patents
圧電素子及び圧電素子の製造方法Info
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- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、圧電素子に関するものであり、特に、同一
素子内に180゜対向する分極方向を有する圧電素子に関
するものである。
素子内に180゜対向する分極方向を有する圧電素子に関
するものである。
［従来の技術］ 従来、同一素子内に180゜対向する分極方向を有する
圧電素子を形成するには、第２図に示すように分極時に
対向する分極処理用分割電極11を所望の分極軸に対し垂
直な面に形成し、分極軸に沿って部分的に分極する。そ
の後、分極電圧の正負の極性を逆にして残りの部分を前
記分極方向と180゜対向する方向に分極していた。
圧電素子を形成するには、第２図に示すように分極時に
対向する分極処理用分割電極11を所望の分極軸に対し垂
直な面に形成し、分極軸に沿って部分的に分極する。そ
の後、分極電圧の正負の極性を逆にして残りの部分を前
記分極方向と180゜対向する方向に分極していた。
［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来の方法では、分割電極を用いて18
0゜対向した分極方向に隣り合ったエリアを分極するた
め、分極用対向電極が形成されていない部分は、分極さ
れない状態のまま、素子の中に残ることになり、圧電特
性に関与しない、いわゆるデットゾーン12として作用し
てしまい、圧電素子としての特性を低下させてしまう欠
点があった。
0゜対向した分極方向に隣り合ったエリアを分極するた
め、分極用対向電極が形成されていない部分は、分極さ
れない状態のまま、素子の中に残ることになり、圧電特
性に関与しない、いわゆるデットゾーン12として作用し
てしまい、圧電素子としての特性を低下させてしまう欠
点があった。
本発明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、隣り合った各層がそれぞれ互いに平行で180
゜対向した反対方向の分極を有する構成の積層型圧電素
子を形成する際、分極処理時に個別に分割された分極電
極を用いる必要がなく、極めて効率よく且つ簡易に形成
できる圧電素子及びその製造方法を提供することを目的
としている。
のであり、隣り合った各層がそれぞれ互いに平行で180
゜対向した反対方向の分極を有する構成の積層型圧電素
子を形成する際、分極処理時に個別に分割された分極電
極を用いる必要がなく、極めて効率よく且つ簡易に形成
できる圧電素子及びその製造方法を提供することを目的
としている。
［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の圧電素子は、異な
る温度および電界強度でそれぞれ別々に分極処理が可能
なように、キュリー点と、分極電界に対する分極能とを
異ならしめた２種類の圧電材料（1,2）が交互に積層さ
れ、前記２種類の圧電材料（1,2）の積層方向と垂直の
対向する両端面に一対の電極（3,3）を有し、前記積層
された２種類の圧電材料（1,2）はそれぞれ互いに平行
で180゜対向した反対方向の分極を有する。
る温度および電界強度でそれぞれ別々に分極処理が可能
なように、キュリー点と、分極電界に対する分極能とを
異ならしめた２種類の圧電材料（1,2）が交互に積層さ
れ、前記２種類の圧電材料（1,2）の積層方向と垂直の
対向する両端面に一対の電極（3,3）を有し、前記積層
された２種類の圧電材料（1,2）はそれぞれ互いに平行
で180゜対向した反対方向の分極を有する。
また、本発明の圧電素子の製造方法は、キュリー点お
よび分極電界に対する分極能の異なる、２種類の圧電材
料（1,2）を交互に積層し、積層された各々隣り合う層
が180゜対向した分極方向を有する圧電素子の製造方法
を対象とし、特に、前記２種類の圧電材料（1,2）の積
層方向と垂直の対向する両端面に一対の電極（3,3）を
設け、前記２種類の圧電材料（1,2）のうちキュリー点
温度が高く分極能の小さいものを分極処理するために、
前記２種類の圧電材料（1,2）のキュリー点温度の中間
的温度条件下で前記一対の電極（3,3）間に電圧を印加
する第１回目の分極処理を行い、前記２種類の圧電材料
（1,2）のうちキュリー点温度が低く分極能の大きいも
のを分極処理するために、当該圧電材料のキュリー点温
度よりも低い温度条件下で、前記第１回目の分極処理の
ときとは逆向きで且つ低い強度の電界が印加されるよう
に前記一対の電極（3,3）間に電圧を印加する第２回目
の分極処理を行うものである。
よび分極電界に対する分極能の異なる、２種類の圧電材
料（1,2）を交互に積層し、積層された各々隣り合う層
が180゜対向した分極方向を有する圧電素子の製造方法
を対象とし、特に、前記２種類の圧電材料（1,2）の積
層方向と垂直の対向する両端面に一対の電極（3,3）を
設け、前記２種類の圧電材料（1,2）のうちキュリー点
温度が高く分極能の小さいものを分極処理するために、
前記２種類の圧電材料（1,2）のキュリー点温度の中間
的温度条件下で前記一対の電極（3,3）間に電圧を印加
する第１回目の分極処理を行い、前記２種類の圧電材料
（1,2）のうちキュリー点温度が低く分極能の大きいも
のを分極処理するために、当該圧電材料のキュリー点温
度よりも低い温度条件下で、前記第１回目の分極処理の
ときとは逆向きで且つ低い強度の電界が印加されるよう
に前記一対の電極（3,3）間に電圧を印加する第２回目
の分極処理を行うものである。
［作用］ 上記の構成を有する本発明によれば、第１の圧電材料
は、第１のキュリー点温度を有すると共に所定の分極能
を有し、第２の圧電材料は、前記第１のキュリー点温度
より低い第２のキュリー点温度を有すると共に前記所定
の分極能より大きい分極能を有しており、これら２種類
の圧電材料を交互に積層して得られる本発明の圧電素子
は、温度条件、電界強度、及び分極極性がそれぞれ異な
る２回の分極処理により、積層された各々隣り合う層に
略180゜対向した分極方向を持たせることができる。
は、第１のキュリー点温度を有すると共に所定の分極能
を有し、第２の圧電材料は、前記第１のキュリー点温度
より低い第２のキュリー点温度を有すると共に前記所定
の分極能より大きい分極能を有しており、これら２種類
の圧電材料を交互に積層して得られる本発明の圧電素子
は、温度条件、電界強度、及び分極極性がそれぞれ異な
る２回の分極処理により、積層された各々隣り合う層に
略180゜対向した分極方向を持たせることができる。
［実施例］ 以下、本発明を具体化した一実施例を図面を参照して
説明する。
説明する。
本実施例の圧電素子は、第１図で示すように、キュリ
ー点温度及び分極電界に対する分極能の異なった２種の
圧電材料によって構成された積層体であり、隣り合った
各層は各々構成層１及び構成層２からなり、連続的に一
体化されている。
ー点温度及び分極電界に対する分極能の異なった２種の
圧電材料によって構成された積層体であり、隣り合った
各層は各々構成層１及び構成層２からなり、連続的に一
体化されている。
構成層１及び構成層２の界面には拡散層が非常に薄い
層（数千Å−数μｍ）として存在している。
層（数千Å−数μｍ）として存在している。
上記の圧電素子の構成及びその製造方法（特に分極方
法）を以下に詳述する。
法）を以下に詳述する。
構成層１は、比較的高い第１のキュリー点温度を有
し、かつ分極を達成するためには高電界が必要な分極能
の小さい組成の圧電材料にて構成される。
し、かつ分極を達成するためには高電界が必要な分極能
の小さい組成の圧電材料にて構成される。
構成層２は、構成層１の圧電材料の第１のキュリー点
温度よりも低い第２のキュリー点温度を有し、かつ構成
層１の圧電材料の分極能よりも大きい、即ち低電界中で
分極が完了するような分極能を有する圧電材料にて構成
される。
温度よりも低い第２のキュリー点温度を有し、かつ構成
層１の圧電材料の分極能よりも大きい、即ち低電界中で
分極が完了するような分極能を有する圧電材料にて構成
される。
これらの圧電材料が交互に積層され一体焼結される。
この際、焼結条件の的確な選択によって積層された各層
間の拡散反応が制御され、単一の素子に較べて遜色のな
い強度の圧電素子が得られる。
この際、焼結条件の的確な選択によって積層された各層
間の拡散反応が制御され、単一の素子に較べて遜色のな
い強度の圧電素子が得られる。
次に、この圧電素子の積層方向と垂直な方向におけ
る、圧電素子の対向する両端面に分極処理用電極を形成
し、第１回の分極処理として、第１及び第２のキュリー
点温度の中間的温度条件下で、分極能の小さい構成層１
の圧電材料が充分分極される高電界が印加され分極され
る。このとき、構成層２の圧電材料は、その圧電材料の
キュリー点温度以上の温度下にあるので、常誘電体層
（結晶構造的には立方晶構造）となり、未分極層として
作用する。第２回の分極処理では、分極処理用電極に、
第２のキュリー点温度より低い温度条件下で、分極能の
大きい構成層２の圧電材料、即ち未分極層の圧電材料の
分極が完了できる程度の比較的低い電界が、第１回の分
極処理とは正負極を逆向きに印加される。この時、第１
回分極処理で分極された構成層１の圧電材料は、第２回
分極処理の処理温度が低く、かつ低い分極電界が印加さ
れるだけなので、第１回分極処理にて分極された分極の
向きは保存される。従って、この第１回及び第２回分極
処理によって、隣り合った構成層１及び構成層２は、第
１回の矢印で示される180゜対向した分極方向を有する
こととなる。
る、圧電素子の対向する両端面に分極処理用電極を形成
し、第１回の分極処理として、第１及び第２のキュリー
点温度の中間的温度条件下で、分極能の小さい構成層１
の圧電材料が充分分極される高電界が印加され分極され
る。このとき、構成層２の圧電材料は、その圧電材料の
キュリー点温度以上の温度下にあるので、常誘電体層
（結晶構造的には立方晶構造）となり、未分極層として
作用する。第２回の分極処理では、分極処理用電極に、
第２のキュリー点温度より低い温度条件下で、分極能の
大きい構成層２の圧電材料、即ち未分極層の圧電材料の
分極が完了できる程度の比較的低い電界が、第１回の分
極処理とは正負極を逆向きに印加される。この時、第１
回分極処理で分極された構成層１の圧電材料は、第２回
分極処理の処理温度が低く、かつ低い分極電界が印加さ
れるだけなので、第１回分極処理にて分極された分極の
向きは保存される。従って、この第１回及び第２回分極
処理によって、隣り合った構成層１及び構成層２は、第
１回の矢印で示される180゜対向した分極方向を有する
こととなる。
以上のように分極処理が為された本実施例の圧電素子
は、一体の素子の中で第１図に示す電極３に対し垂直な
方向にしかも180゜対向した分極方向を持つ。この素子
の電極３に図示した正負極方向に電圧を印加すると、構
成層１は分極方向に縮み構成層２は伸びる。同様に交流
電圧が印加されれば、構成層１及び２は、印加電圧の正
負に従い伸縮変形をする。当然交流電圧の周波数が圧電
素子の固有振動数と一致すれば共振状態が実現され、い
わゆる定在波が発生する。
は、一体の素子の中で第１図に示す電極３に対し垂直な
方向にしかも180゜対向した分極方向を持つ。この素子
の電極３に図示した正負極方向に電圧を印加すると、構
成層１は分極方向に縮み構成層２は伸びる。同様に交流
電圧が印加されれば、構成層１及び２は、印加電圧の正
負に従い伸縮変形をする。当然交流電圧の周波数が圧電
素子の固有振動数と一致すれば共振状態が実現され、い
わゆる定在波が発生する。
従って、この圧電素子は、各種圧電アクチュエータ用
素子としての応用が考えられる。
素子としての応用が考えられる。
尚、本実施例では２種類の構成層を用いたが、同様な
方法で多種類の構成層を用いた場合も簡単に実施できる
ことはいうまでもない。
方法で多種類の構成層を用いた場合も簡単に実施できる
ことはいうまでもない。
［発明の効果］ 以上詳述したことから明らかなように、本発明の圧電
素子は、異なる温度および電界強度でそれぞれ別々に分
極処理が可能なように、キュリー点と、分極電界に対す
る分極能とを異ならしめた２種類の圧電材料が交互に積
層され、前記２種類の圧電材料の積層方向と垂直の対向
する両端面に一対の電極を有し、前記積層された２種類
の圧電材料はそれぞれ互いに平行で180゜対向した反対
方向の分極を有するように構成されている。
素子は、異なる温度および電界強度でそれぞれ別々に分
極処理が可能なように、キュリー点と、分極電界に対す
る分極能とを異ならしめた２種類の圧電材料が交互に積
層され、前記２種類の圧電材料の積層方向と垂直の対向
する両端面に一対の電極を有し、前記積層された２種類
の圧電材料はそれぞれ互いに平行で180゜対向した反対
方向の分極を有するように構成されている。
また、本発明の圧電素子の製造方法は、かかる構成の
圧電素子を製造するのに極めて好適なものであって、前
記２種類の圧電材料の積層方向と垂直の対向する両端面
に一対の電極を設け、前記２種類の圧電材料のうちキュ
リー点温度が高く分極能の小さいものを分極処理するた
めに、前記２種類の圧電材料のキュリー点温度の中間的
温度条件下で前記一対の電極間に電圧を印加する第１回
目の分極処理を行い、前記２種類の圧電材料のうちキュ
リー点温度が低く分極能の大きいものを分極処理するた
めに、当該圧電材料のキュリー点温度よりも低い温度条
件下で、前記第１回目の分極処理のときとは逆向きで且
つ低い強度の電界が印加されるように前記一対の電極間
に電圧を印加する第２回目の分極処理を行うものであ
る。
圧電素子を製造するのに極めて好適なものであって、前
記２種類の圧電材料の積層方向と垂直の対向する両端面
に一対の電極を設け、前記２種類の圧電材料のうちキュ
リー点温度が高く分極能の小さいものを分極処理するた
めに、前記２種類の圧電材料のキュリー点温度の中間的
温度条件下で前記一対の電極間に電圧を印加する第１回
目の分極処理を行い、前記２種類の圧電材料のうちキュ
リー点温度が低く分極能の大きいものを分極処理するた
めに、当該圧電材料のキュリー点温度よりも低い温度条
件下で、前記第１回目の分極処理のときとは逆向きで且
つ低い強度の電界が印加されるように前記一対の電極間
に電圧を印加する第２回目の分極処理を行うものであ
る。
従って、本発明によれば、隣り合った各層がそれぞれ
互いに平行で180゜対向した反対方向の分極を有する構
成の圧電素子が極めて効率よく且つ簡易に形成できると
いう効果を奏すると共に、前記２種類の圧電材料の積層
体を一体焼結にて形成すれば、単一の素子に較べ遜色な
い機械的強度を有し、隣り合う各層の界面はごく薄い拡
散層からなっているので、圧電素子としての特性を低下
させるいわゆるデッドゾーンの少ない圧電素子を得るこ
とが出来るという効果を奏する。
互いに平行で180゜対向した反対方向の分極を有する構
成の圧電素子が極めて効率よく且つ簡易に形成できると
いう効果を奏すると共に、前記２種類の圧電材料の積層
体を一体焼結にて形成すれば、単一の素子に較べ遜色な
い機械的強度を有し、隣り合う各層の界面はごく薄い拡
散層からなっているので、圧電素子としての特性を低下
させるいわゆるデッドゾーンの少ない圧電素子を得るこ
とが出来るという効果を奏する。
第１図は本発明を具体化した実施例を示すもので、本実
施例の圧電素子の構成の概略を示す図である。また、第
２図は、従来法を用い分極時に分割電極を形成して圧電
素子を形成した場合の一例を示す図である。 図中、１、２は構成層、３は電極、４は拡散層である。
施例の圧電素子の構成の概略を示す図である。また、第
２図は、従来法を用い分極時に分割電極を形成して圧電
素子を形成した場合の一例を示す図である。 図中、１、２は構成層、３は電極、４は拡散層である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 41/00 - 41/26
Claims (2)
- 【請求項１】異なる温度および電界強度でそれぞれ別々
に分極処理が可能なように、キュリー点と、分極電界に
対する分極能とを異ならしめた２種類の圧電材料（1,
2）が交互に積層され、 前記２種類の圧電材料（1,2）の積層方向と垂直の対向
する両端面に一対の電極（3,3）を有し、 前記積層された２種類の圧電材料（1,2）はそれぞれ互
いに平行で180゜対向した反対方向の分極を有する圧電
素子。 - 【請求項２】キュリー点および分極電界に対する分極能
の異なる、２種類の圧電材料（1,2）を交互に積層し、
積層された各々隣り合う層が180゜対向した分極方向を
有する圧電素子の製造方法に於いて、 前記２種類の圧電材料（1,2）の積層方向と垂直の対向
する両端面に一対の電極（3,3）を設け、 前記２種類の圧電材料（1,2）のうちキュリー点温度が
高く分極能の小さいものを分極処理するために、前記２
種類の圧電材料（1,2）のキュリー点温度の中間的温度
条件下で前記一対の電極（3,3）間に電圧を印加する第
１回目の分極処理を行い、 前記２種類の圧電材料（1,2）のうちキュリー点温度が
低く分極能の大きいものを分極処理するために、当該圧
電材料のキュリー点温度よりも低い温度条件下で、前記
第１回目の分極処理のときとは逆向きで且つ低い強度の
電界が印加されるように前記一対の電極（3,3）間に電
圧を印加する第２回目の分極処理を行うことを特徴とす
る圧電素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27454889A JP2910095B2 (ja) | 1989-10-20 | 1989-10-20 | 圧電素子及び圧電素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27454889A JP2910095B2 (ja) | 1989-10-20 | 1989-10-20 | 圧電素子及び圧電素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03136285A JPH03136285A (ja) | 1991-06-11 |
| JP2910095B2 true JP2910095B2 (ja) | 1999-06-23 |
Family
ID=17543255
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27454889A Expired - Lifetime JP2910095B2 (ja) | 1989-10-20 | 1989-10-20 | 圧電素子及び圧電素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2910095B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3575239B2 (ja) * | 1997-08-05 | 2004-10-13 | ブラザー工業株式会社 | インクジェットヘッド及びその製造方法 |
-
1989
- 1989-10-20 JP JP27454889A patent/JP2910095B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03136285A (ja) | 1991-06-11 |
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