JPH01261879A - Lamination type displacement element - Google Patents

Lamination type displacement element

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JPH01261879A
JPH01261879A JP63089244A JP8924488A JPH01261879A JP H01261879 A JPH01261879 A JP H01261879A JP 63089244 A JP63089244 A JP 63089244A JP 8924488 A JP8924488 A JP 8924488A JP H01261879 A JPH01261879 A JP H01261879A
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JP
Japan
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shim
ceramic
ceramic layer
displacement
layer
Prior art date
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JP63089244A
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Japanese (ja)
Inventor
Kogaku Ochiai
落合 康額
Toshiya Okumura
奥村 俊哉
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JGC Corp
Original Assignee
JGC Corp
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Publication date
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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

PURPOSE:To increase the generating force of a displacement element and the change at the time of unloading, and improve the output and the efficiency of the displacement element, by making the intensity of electric field applied to a ceramic layer distant from a shim larger than that of electric field applied to a ceramic layer close to the shim. CONSTITUTION:On a shim 1, ceramic layers 9, 11, 13 sandwiched respectively by electrodes 3 are arranged. The thickness of the layer 11 is made smaller than that of the layer 9. The thickness of the layer 13 is made smaller than that of the layer 11. When the same driving voltage V1 is applied to each electrode of each layer, the layers 9, 11, 13 generate specified distortions, and the shim generates displacement. Since the thickness of the ceramic layer closer to the shim 1 becomes larger, the electric field intensity applied to the ceramic layer closer to the shim 1 becomes smaller. As a result, the distortion of the ceramic layer 18 is larger than that of the ceramic layer 11, and so displacements of the layers are effectively synthesized.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、積層型変位素子に関し、特に複数の圧電材料
層等を組合わせることにより発生力を大きくし、無負荷
時の変位を大鴫<シ、かつ変位の劣化を少なくしたアク
チュエータ素子に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a laminated displacement element, and in particular, the generated force is increased by combining a plurality of piezoelectric material layers, etc., and the displacement under no load is reduced to a large extent. <<< and relates to an actuator element with reduced displacement deterioration.

[従来の技術] 第4図は、従来のセラミックなどの圧電材料を用いた変
位素子の構造を示す。同図の変位素子は、シムと称され
る金属板1上に電極3を両面に付加したセラミック層5
を設けたものである。このような変位素子の電極3の間
に電圧V1を印加することによりセラミック層5に電界
が加えられ、この電界によりセラミック層5がたわみお
よび伸縮などの歪みを生ずる。そして、この歪みを利用
して被駆動体の駆動が行われる。ところが、第4図の変
位素子においては、変位がゼロとなる力すなわち発生力
を大きくするためにはセラミック層5の板厚をかなり厚
くする必要があるとともに、−定の変位量を得るために
は印加電圧をかなり大きくする必要があった。
[Prior Art] FIG. 4 shows the structure of a conventional displacement element using a piezoelectric material such as ceramic. The displacement element shown in the figure consists of a ceramic layer 5 on which electrodes 3 are added on both sides of a metal plate 1 called a shim.
It has been established. By applying a voltage V1 between the electrodes 3 of such a displacement element, an electric field is applied to the ceramic layer 5, and this electric field causes the ceramic layer 5 to undergo distortion such as deflection and expansion/contraction. The driven body is then driven using this distortion. However, in the displacement element shown in FIG. 4, in order to increase the force at which the displacement becomes zero, that is, the generated force, it is necessary to increase the thickness of the ceramic layer 5 considerably, and in order to obtain a - constant displacement amount, it is necessary to increase the thickness of the ceramic layer 5. It was necessary to increase the applied voltage considerably.

このため、従来第5図に示すように、シム1上に各々電
極3で挟まれた同じ厚さのセラミック層7を設けたいわ
ゆる積層型の変位素子が考えられている。そして、この
ような変位素子においては、各セラミック層7の両側の
電極3の間に等しい電圧v1を印加していた。これによ
り、第5図の変位素子は第4図の変位素子と同じ大きさ
の電圧V1を印加した場合にも各セラミック層7の板厚
が薄いため電界が大きくなり、より大きな発生力を得る
ことが可能であった。
For this reason, a so-called laminated displacement element has conventionally been considered in which ceramic layers 7 of the same thickness are provided on a shim 1 and sandwiched between electrodes 3, as shown in FIG. In such a displacement element, an equal voltage v1 was applied between the electrodes 3 on both sides of each ceramic layer 7. As a result, even when the same voltage V1 is applied to the displacement element shown in FIG. 4 as in the displacement element shown in FIG. 4, the electric field becomes larger because the thickness of each ceramic layer 7 is thinner, and a larger generated force is obtained. It was possible.

[発明が解決しようとする課題] ところが、第5図の積層型変位素子においては、第4図
の単板型変位素子よりは発生力を大きくすることは可能
であるが、印加電圧と比較して発生力の大きさおよび無
負荷時の変位が十分大きいとは言えず、従ってアクチュ
エータ素子としての効率がそれほど良好でないという不
都合があった。
[Problems to be Solved by the Invention] However, although it is possible to increase the generated force in the laminated displacement element shown in FIG. 5 compared to the single-plate displacement element shown in FIG. However, the magnitude of the generated force and the displacement under no load are not sufficiently large, and therefore the efficiency as an actuator element is not very good.

本発明の目的は、前述の従来例の変位素子における問題
点に鑑み、発生力および無負荷時の変位が大きく、従っ
て高出力高効率のアクチュエータ素子を提供することに
ある。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the problems with the conventional displacement elements described above, an object of the present invention is to provide an actuator element that generates a large force and has a large displacement when no load is applied, and therefore has a high output and high efficiency.

[課題を解決するための手段] 上述の目的を達成するため、本発明に係わる積層型変位
素子においては、シム上に付加された複数のセラミック
層と、このセラミック層に電界を加える電極とが設けら
れ、前記シムにより遠いセラミック層に印加される電界
の強さを前記シムにより近いセラミック層に印加される
電界の強さよりも大きくする。また、別の態様として、
シム上に複数のセラミック層とこれらのセラミック層に
電界を印加する電極とを設け、前記シムにより遠いセラ
ミック層の厚さを前記シムにより近いセラミック層の厚
さよりも薄くすることができる。
[Means for Solving the Problem] In order to achieve the above-mentioned object, the laminated displacement element according to the present invention includes a plurality of ceramic layers added on the shim and an electrode that applies an electric field to the ceramic layer. The electric field strength applied by the shim to the ceramic layer is greater than the strength of the electric field applied to the ceramic layer closer to the shim. In addition, as another aspect,
A plurality of ceramic layers and an electrode for applying an electric field to the ceramic layers are provided on the shim, and the thickness of the ceramic layer further from the shim can be made thinner than the thickness of the ceramic layer closer to the shim.

[作 用コ 上述のように構成された積層型変位素子においては、シ
ムにより遠いセラミック層はど強い電界が印加されるか
らシムにより近いセラミック層よりも大きく伸縮あるい
はたわみを生じる。従って、各セラミック層の変位が効
果的に合成されてシムに伝達されるとともに、各セラミ
ック層が他のセラミック層の変位を制限するような力を
加えることがな(なる。このため、変位素子の発生力お
よび無負荷時の変位が大きくなり、変位素子の出力およ
び効率が向上する。
[Function] In the laminated displacement element constructed as described above, a strong electric field is applied to the ceramic layer farthest from the shim, so that the ceramic layer expands/contracts or deflects more than the ceramic layer closer to the shim. Therefore, the displacement of each ceramic layer is effectively combined and transmitted to the shim, and each ceramic layer does not apply a force that would limit the displacement of other ceramic layers. The generated force and displacement under no load are increased, and the output and efficiency of the displacement element are improved.

[実施例コ 以下、図面により本発明の詳細な説明する。[Example code] Hereinafter, the present invention will be explained in detail with reference to the drawings.

第1図は、本発明の1実施例に係わる積層型変位素子の
構造を示す。同図の変位素子においては、シム1上に各
々電極3によって挟まれたセラミック層9,11.13
が設けられている。そして、セラミック層11の板厚は
セラミック層9の板厚よりも薄く、かつセラミック層1
3の板厚はセラミック層11の板厚よりも薄くされてい
る。すなわち、第1図の変位素子は、順次板厚が薄くな
っている3枚の電極付きセラミック板をシム1上に積層
接着したものである。
FIG. 1 shows the structure of a laminated displacement element according to one embodiment of the present invention. In the displacement element shown in the figure, ceramic layers 9, 11, 13 are sandwiched between electrodes 3 on shim 1, respectively.
is provided. The thickness of the ceramic layer 11 is thinner than the thickness of the ceramic layer 9, and
The thickness of the ceramic layer 3 is made thinner than that of the ceramic layer 11. That is, the displacement element shown in FIG. 1 is made by laminating and adhering three ceramic plates with electrodes, each of which has a sequentially decreasing thickness, on a shim 1.

このような変位素子においては各セラミック層9.11
.13の各電極間に例えば同じ大きさの駆動電圧v1が
印加される。これにより、各セラミック層9,11.1
3が所定の歪を生じシム1が変位される。そして、この
場合シム1に近いセラミックはどその板厚が大きくなっ
ているからシム1に近いセラミック層はど印加電界の大
きさが小さくなる。これにより、シム1に近いセラミッ
ク層9の歪みよりもシム1により遠いセラミック層11
の歪みが大きくなり、更にセラミック層11の歪みより
もセラミック層13の歪みの方が更に大きくなる。これ
により、第1図の変位素子はシム1を中心として各セラ
ミック層の変位が効果的に合成される。すなわち、シム
1からより遠い位置にあるセラミック層が大きく伸縮し
シム1に近いセラミック層の伸縮は小さくなる。従って
、更に各セラミック層自体が他のセラミック層の伸縮な
どの歪みに対して負荷となることが少なく効率的な駆動
力の出力が行われる。
In such a displacement element, each ceramic layer 9.11
.. For example, a drive voltage v1 of the same magnitude is applied between each of the 13 electrodes. As a result, each ceramic layer 9, 11.1
3 produces a predetermined strain and the shim 1 is displaced. In this case, since the ceramic layer near the shim 1 has a larger thickness, the electric field applied to the ceramic layer near the shim 1 becomes smaller. As a result, the distortion of the ceramic layer 11 farther away from the shim 1 is higher than the distortion of the ceramic layer 9 closer to the shim 1.
The distortion of the ceramic layer 13 becomes larger than that of the ceramic layer 11. As a result, in the displacement element shown in FIG. 1, the displacements of the respective ceramic layers are effectively combined around the shim 1. That is, the ceramic layer located farther from the shim 1 expands and contracts more greatly, and the ceramic layer closer to the shim 1 expands and contracts less. Therefore, each ceramic layer itself is less likely to be loaded with strain due to expansion and contraction of other ceramic layers, and more efficient driving force can be output.

また、第1図の変位素子においては、積層型としたこと
によりゼロボルト印加時の荷重(F)による変位を小さ
くするためセラミック板の合計厚さを容易に厚くするこ
とができる。ここで、ゼロボルト印加時の荷重(F)に
よる変位の大きさ(δ1)は合計板厚(T)の−3乗に
比例するとされている。すなわち、 δ、−A−T  ” ここで、Aは定数である。従って、合計板厚(T)を大
きくすることにより前記変位を小さくすることができる
。また逆に、セラミック板の合計厚さを一定にしても、
あるいは小さくしても、各セラミック板の板厚を薄くす
ることが可能となり、駆動電圧が低くても各セラミック
板に印加される電界の大きさを十分に大きくできる。従
って、無負荷時の変位を大きくすることができる。
Further, in the displacement element shown in FIG. 1, since the displacement element is of a laminated type, the total thickness of the ceramic plates can be easily increased in order to reduce the displacement due to the load (F) when zero volts are applied. Here, the magnitude of displacement (δ1) due to the load (F) when zero volts are applied is said to be proportional to the −3 power of the total plate thickness (T). That is, δ, -A-T'' Here, A is a constant. Therefore, by increasing the total plate thickness (T), the above displacement can be reduced. Conversely, the total thickness of the ceramic plate Even if we hold constant
Alternatively, even if it is made smaller, it becomes possible to reduce the thickness of each ceramic plate, and even if the drive voltage is low, the magnitude of the electric field applied to each ceramic plate can be sufficiently increased. Therefore, the displacement under no load can be increased.

更に、板厚の異なるセラミック板を積層することにより
、同じ板厚のセラミックからなる変位素子と比較して、
同じ印加電圧の場合の無負荷時変位をより大きくするこ
とができる。これは前述のように各層のセラミック板の
歪みが効果的に結合出力されることなどによる。
Furthermore, by stacking ceramic plates with different thicknesses, compared to displacement elements made of ceramics with the same thickness,
The no-load displacement can be made larger for the same applied voltage. This is because, as mentioned above, the distortions of the ceramic plates of each layer are effectively combined and output.

第2図は、本発明の他の実施例に係わる積層型変位素子
の構造を示す。同図の変位素子は、シム1上に第1図の
素子と同様に厚さの異なるセラミック層9,11.13
を形成したものである。但し、第1図の素子におけるよ
うに電極付きセラミック板を貼り合せるのではなく、各
々異なる板厚となるように内部電極15を付与した積層
体を作り、これを焼結することによって素子を形成して
いる。従って、第2図の構造において、内部電極15と
しては例えばパラジウム(P d)が使用される。尚、
外部電極3は例えば銀(Ag)などで構成される。
FIG. 2 shows the structure of a laminated displacement element according to another embodiment of the present invention. The displacement element shown in the figure has ceramic layers 9, 11, 13 of different thickness on the shim 1, similar to the element shown in FIG.
was formed. However, instead of bonding ceramic plates with electrodes together as in the device shown in FIG. 1, the device is formed by creating a laminate with internal electrodes 15 provided so that each plate has a different thickness and sintering this. are doing. Therefore, in the structure of FIG. 2, palladium (Pd), for example, is used as the internal electrode 15. still,
The external electrode 3 is made of silver (Ag), for example.

第2図の変位素子においても第1図の変位素子と同様の
動作が行われかつ同様の効果が得られることは明らかで
ある。更に、第2図の構造においては複数の電極付きセ
ラミック板を貼り合せる手間などを必要とせず容易に強
固な構造を有する多層セラミック構造を得ることができ
る。
It is clear that the displacement element shown in FIG. 2 also operates in the same way as the displacement element shown in FIG. 1, and the same effects can be obtained. Furthermore, in the structure shown in FIG. 2, it is possible to easily obtain a multilayer ceramic structure having a strong structure without requiring the labor of bonding a plurality of ceramic plates with electrodes.

第3図は、本発明の更に他の実施例に係わる積層型変位
素子の構造を示す。同図においては、各セラミック板7
の板厚は例えば同一とされ、第5図の素子と同じ構造と
することもできる。但し、第3図の素子においては、各
セラミック層7に印加される電圧がシム1から遠いセラ
ミック板はど大きくされる。すなわち、第3図において
シム1に隣接するセラミック板7に印加される電圧v2
よりもこのセラミック板の上に設けられたセラミック板
に印加される電圧v3の方が大きくされ、更に、この電
圧v3よりもシム1から最も遠いセラミック板7に印加
される電圧■4の方が大きくなっている。これにより、
各セラミック層7に印加される電界の強さをシム1に近
いセラミック層については小さく、シム1から遠いセラ
ミック層については大きくすることができる。このため
、第1図または第2図の素子と同様にシム1から遠いセ
ラミック層の歪が大きくなり各セラミック層の歪が極め
て効率的にシム1に伝達される。このため第3図の変位
素子においても第1図または第2図の変位素子と同様の
効果を得ることができる。
FIG. 3 shows the structure of a laminated displacement element according to still another embodiment of the present invention. In the figure, each ceramic plate 7
For example, the plate thicknesses of the elements may be the same, and the structure may be the same as that of the element shown in FIG. However, in the device shown in FIG. 3, the voltage applied to each ceramic layer 7 is increased to the ceramic plate farther from the shim 1. That is, in FIG. 3, the voltage v2 applied to the ceramic plate 7 adjacent to the shim 1
The voltage v3 applied to the ceramic plate provided on the ceramic plate is made larger than this, and furthermore, the voltage v3 applied to the ceramic plate 7 furthest from the shim 1 is larger than this voltage v3. It's getting bigger. This results in
The strength of the electric field applied to each ceramic layer 7 can be reduced for ceramic layers close to the shim 1 and increased for ceramic layers far from the shim 1. Therefore, similar to the device shown in FIG. 1 or 2, the strain in the ceramic layers far from the shim 1 increases, and the strain in each ceramic layer is transmitted to the shim 1 very efficiently. Therefore, the displacement element shown in FIG. 3 can also achieve the same effect as the displacement element shown in FIG. 1 or 2.

なお、上述の各実施例においては複数のセラミック層を
用いたいわゆるユニモルフ型の変位素子につき説明した
が、本発明はこのようなユニモルフ型素子に限定される
ものではなく積層型のバイモルフ素子にも適用できるも
のである。但し、バイモルフ素子の場合は、シムに対し
て一方の側のセラミック層は分極処理時と同方向の電圧
が印加され、他方の側のセラミック層には逆方向の電圧
が印加される。ところが、この印加電圧の大きさが分極
処理時の2分の1を超える逆電圧となると分極が破壊さ
れる恐れがある。このため、バイモルフ素子の場合には
あまり大きな電圧が印加できず、従って大きな変位を得
るための印加電圧に制限がある。これに対して、ユニモ
ルフ型素子の場合には分極処理時と同方向の電圧のみが
印加されるから印加電圧の制限がなく、絶縁破壊電圧ま
での大きさの電圧を加えることができる。従って、この
場合は、無負荷時変位を大きくすることが可能であり、
更にセラミック板の厚さを厚くすることもできるなど利
用上の制限が少ない。
In each of the above embodiments, a so-called unimorph type displacement element using a plurality of ceramic layers has been described, but the present invention is not limited to such a unimorph type element, but can also be applied to a laminated bimorph type element. It is applicable. However, in the case of a bimorph element, a voltage in the same direction as during polarization is applied to the ceramic layer on one side of the shim, and a voltage in the opposite direction is applied to the ceramic layer on the other side. However, if the magnitude of this applied voltage becomes a reverse voltage that exceeds one-half of the polarization process, there is a risk that the polarization will be destroyed. For this reason, in the case of a bimorph element, a very large voltage cannot be applied, and therefore there is a limit to the voltage that can be applied to obtain a large displacement. On the other hand, in the case of a unimorph type element, only a voltage in the same direction as that during the polarization process is applied, so there is no restriction on the applied voltage, and a voltage up to the dielectric breakdown voltage can be applied. Therefore, in this case, it is possible to increase the no-load displacement,
Furthermore, the thickness of the ceramic plate can be made thicker, so there are fewer restrictions on usage.

次に、前記各実施例および従来例の素子につき実際に素
子を制作しその特性を測定した結果を以下に具体例およ
び比較例として示す。
Next, the results of actually fabricating devices and measuring their characteristics for the devices of the above-mentioned Examples and Conventional Examples are shown below as specific examples and comparative examples.

(具体例1) 通常の方法で、幅30+m、長さ60Il1mの圧電セ
ラミック板を3枚制作した。各セラミック板の厚さは、
それぞれ0.18mm、0.23報、0.28關とした
。これらの各セラミック板の両面に銀電極を付与しそれ
ぞれ分極処理を行った。これらの電極付きセラミック板
を板厚の厚い方から順に、幅3−0mm、長さ65關、
厚さ0.1m+sの金属(コバール)板に市販のUV硬
化樹脂で接着して、第1図に示す構造を有するユニモル
フ型素子を制作した。このユニモルフ型素子について、
以下の項目につき測定を行った。すなわち、有効長を5
0關とし、(1)印加電圧Ov1荷重70gにおける変
位(δ1)、(2)荷重OK、200V印加時の変位(
δ。)、そして(3)荷重70g、印加電圧200vの
場合の変位(δ)をDI定した。
(Specific Example 1) Three piezoelectric ceramic plates each having a width of 30+m and a length of 60Il1m were produced using a normal method. The thickness of each ceramic plate is
They were set to 0.18 mm, 0.23 mm, and 0.28 mm, respectively. Silver electrodes were provided on both sides of each of these ceramic plates, and polarization treatment was performed on each of them. These ceramic plates with electrodes are arranged in order from the thickest plate to 3-0 mm wide, 65 mm long,
A unimorph type element having the structure shown in FIG. 1 was produced by adhering it to a metal (Kovar) plate with a thickness of 0.1 m+s using a commercially available UV curing resin. Regarding this unimorph type element,
The following items were measured. In other words, the effective length is 5
(1) Displacement (δ1) at applied voltage Ov1 load 70 g, (2) Displacement when load OK and 200 V applied (
δ. ), and (3) the displacement (δ) in the case of a load of 70 g and an applied voltage of 200 V was determined by DI.

これらの測定結果を第1表に示す。The results of these measurements are shown in Table 1.

(具体例2) 通常の方法で、焼結後に幅3011111.長さ60m
m厚さがそれぞれ0. 18111% 0.23ra■
、0.28龍となるように、更に、幅30關、長さ60
mm。
(Specific example 2) Width 3011111 after sintering by normal method. length 60m
m thickness is 0. 18111% 0.23ra■
, so that it is 0.28 dragon, and the width is 30 degrees and the length is 60.
mm.

厚さ0.04m+eのパラジウム内部電極を含む積層体
グリーンを制作した。これを通常の方法で焼結し、分極
処理を行った。そして、内部電極で区切られた圧電セラ
ミックの厚いセラミック層側に前記具体例1と同じ金属
板を同じ方法で接着し、第2図と同じ構造の積層型変位
素子を制作した。この素子について前記具体例と同じ項
目につき同じ方法で測定を行った。その測定結果を第1
表に示す。
A green laminate containing palladium internal electrodes with a thickness of 0.04 m+e was produced. This was sintered using a conventional method and subjected to polarization treatment. Then, the same metal plate as in Example 1 was adhered by the same method to the thick ceramic layer side of the piezoelectric ceramic separated by the internal electrodes, and a laminated displacement element having the same structure as that shown in FIG. 2 was manufactured. Regarding this element, measurements were performed on the same items and in the same manner as in the above-mentioned specific example. The first measurement result is
Shown in the table.

(具体例3) さらに、同様にして第3図のユニモルフ型素子について
、以下の項目につき測定を行なった。すなわち、有効長
を50mmとし、(1)印加電圧OV、荷重70gにお
ける変位(δl)、(2)荷重Og、V2−160V、
V3−200V、V4−240V印加時の変位(δo)
、そして(3)荷重70g、V2−160V、V3−2
00V。
(Specific Example 3) Furthermore, the following items were similarly measured for the unimorph type element shown in FIG. That is, assuming that the effective length is 50 mm, (1) displacement (δl) at applied voltage OV and load 70 g, (2) load Og, V2-160 V,
Displacement (δo) when applying V3-200V, V4-240V
, and (3) load 70g, V2-160V, V3-2
00V.

V4−240V印加時の変位(δ)を測定した。The displacement (δ) when V4-240V was applied was measured.

この測定結果を、次の比較例1の測定結果(第1表)と
併せて第2表に示す。
The measurement results are shown in Table 2 together with the measurement results of Comparative Example 1 (Table 1) below.

(比較例1) 通常の方法で、幅30mm、長さ60mm、厚さ0゜2
311I11の圧電セラミック板を3枚制作した。この
3枚のセラミック板と幅30mm、長さ65m+s、厚
さ0.1mmの金属(コバール)の板とから、前記具体
例1と同様の方法で第5図に示す構造を有するユニモル
フ型変位素子を制作した。この素子についても上記具体
例1と同じ項目を同じ方法で測定した。その測定結果を
第1表に示す。
(Comparative Example 1) Width: 30 mm, length: 60 mm, thickness: 0°2
I made three piezoelectric ceramic plates of 311I11. From these three ceramic plates and a metal (Kovar) plate with a width of 30 mm, a length of 65 m+s, and a thickness of 0.1 mm, a unimorph type displacement element having the structure shown in FIG. was produced. Regarding this element, the same items as in Specific Example 1 were measured using the same method. The measurement results are shown in Table 1.

(比較例2) 通常の方法で、幅30mm、長さ60關、厚さ0゜69
mmの圧電セラミック板を1枚制作した。そのセラミッ
ク板と前記比較例と同じ金属(コバール)板とから具体
例1と同様の方法で第4図に示す構造を有するユニモル
フ型素子を制作した。このユニモルフ型素子についても
具体例1と同項目を同じ方法で測定し、その測定結果を
第1表に示した。
(Comparative Example 2) Width: 30 mm, length: 60 mm, thickness: 0°69
One mm piezoelectric ceramic plate was produced. A unimorph type element having the structure shown in FIG. 4 was produced using the same method as in Example 1 from the ceramic plate and the same metal (Kovar) plate as in the comparative example. Regarding this unimorph type element, the same items as in Example 1 were measured using the same method, and the measurement results are shown in Table 1.

第1表から明らかなように、比較例1の素子は比較例2
の素子に比較して、積層型とすることにより無負荷時変
位及び荷重負荷時の変位が共に大きくなっている。これ
に対して、本発明に係わる具体例1および具体例2の素
子は、比較例1の素子よりも更に無負荷時の変位(δ0
)および荷重負荷時の変位(δ)が大きくなっており、
印加電圧が同じであっても高出力が得られることがわか
る。また、第2表から明らかなように、具体例3の素子
においても、比較例1の素子に比べて非常に大きな無負
荷時の変位(δ。)および荷重負荷時の変位(δ)が得
られ不ことがわかる。
As is clear from Table 1, the device of Comparative Example 1 is the same as that of Comparative Example 2.
Compared to the element shown in FIG. On the other hand, the elements of Specific Examples 1 and 2 according to the present invention have a further no-load displacement (δ0
) and displacement under load (δ) are large,
It can be seen that high output can be obtained even if the applied voltage is the same. Furthermore, as is clear from Table 2, the element of Specific Example 3 also has very large displacements under no load (δ) and displacements under load (δ) compared to the element of Comparative Example 1. I know it's impossible.

[発明の効果] 以上のように、本発明によれば、複数のセラミック板を
積層しても、各セラミック板の歪が効果的に合成される
から、素子を積層型としたことと相撲ってセラミック板
の合計厚さを厚くすることが可能となり、電圧を印加し
ない場合における荷重による変位を小さくすることがで
きる。また、シムに遠いセラミック層はど電界の強さを
大きくしたから、各セラミック層に同じ強さの電界を加
えた場合に比較して印加電圧が同じでも無負荷時の変位
および荷重負荷時の変位をより大きくすることができる
。更に、積層型としたことにより、セラミック板の合計
厚さが同じであっても単板セラミックの場合より各セラ
ミック板に印加される電界の大きさを大きくすることが
できる。これによっても前述と同様に無負荷時の変位お
よび荷重負荷時の変位を大きくできる。更に、ユニモル
フ型素子とした場合には、分極処理時と逆方向の電圧が
印加されないため、印加電圧を大きくしても分極が破壊
されることがなく従って変位の劣化が生じない。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, even if a plurality of ceramic plates are laminated, the strain of each ceramic plate is effectively synthesized. This makes it possible to increase the total thickness of the ceramic plate, and to reduce displacement due to load when no voltage is applied. In addition, since the electric field strength was increased for the ceramic layers far from the shim, the displacement under no load and the displacement under load when the applied voltage was the same compared to when the same electric field was applied to each ceramic layer. The displacement can be made larger. Furthermore, by using a laminated type, the magnitude of the electric field applied to each ceramic plate can be made larger than in the case of a single ceramic plate even if the total thickness of the ceramic plates is the same. This also makes it possible to increase the displacement when no load is applied and the displacement when a load is applied, as described above. Furthermore, in the case of a unimorph type element, since no voltage is applied in the opposite direction to that during the polarization process, the polarization will not be destroyed even if the applied voltage is increased, and therefore no deterioration in displacement will occur.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図、第2図および第3図は、それぞれ本発明の実施
例に係わる積層型変位素子の構造を示す説明図、そして 第4図および第5図は、それぞれ従来の変位素子の構造
を示す説明図である。 1:シム、 3:電極、 5.7,9.11,13:セラミック層、15:内部電
極。
FIGS. 1, 2, and 3 are explanatory diagrams showing the structure of a laminated displacement element according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 4 and 5 are explanatory diagrams showing the structure of a conventional displacement element, respectively. FIG. 1: Shim, 3: Electrode, 5.7, 9.11, 13: Ceramic layer, 15: Internal electrode.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、シム上に付加された複数のセラミック層と、該セラ
ミック層に電界を印加する電極とを具備し、前記シムに
より遠いセラミック層に印加される電界の強さを前記シ
ムにより近いセラミック層に印加される電界の強さより
も大きくしたことを特徴とする積層型変位素子。 2、シム上に付加された複数のセラミック層と、該セラ
ミック層に電界を印加する電極とを具備し、前記シムに
より遠いセラミック層の厚さを前記シムにより近いセラ
ミック層の厚さよりも薄くしたことを特徴とする積層型
変位素子。
[Claims] 1. A plurality of ceramic layers added on a shim, and an electrode for applying an electric field to the ceramic layers, the strength of the electric field applied by the shim to the distant ceramic layer is controlled by the A laminated displacement element characterized in that the strength of the electric field is greater than the strength of the electric field applied to the ceramic layer closer to the shim. 2. A plurality of ceramic layers added on a shim and an electrode for applying an electric field to the ceramic layers are provided, and the thickness of the ceramic layer farther from the shim is made thinner than the thickness of the ceramic layer closer to the shim. A laminated displacement element characterized by the following.
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