JPH0658978B2 - 圧電変位素子 - Google Patents

圧電変位素子

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JPH0658978B2
JPH0658978B2 JP59103231A JP10323184A JPH0658978B2 JP H0658978 B2 JPH0658978 B2 JP H0658978B2 JP 59103231 A JP59103231 A JP 59103231A JP 10323184 A JP10323184 A JP 10323184A JP H0658978 B2 JPH0658978 B2 JP H0658978B2
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JP
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piezoelectric ceramic
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displacement
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敏夫 小川
陽 安藤
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Murata Manufacturing Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/20Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
    • H10N30/204Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using bending displacement, e.g. unimorph, bimorph or multimorph cantilever or membrane benders
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/50Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 この発明は、圧電変位素子の構造、特に内部電極の両側
の圧電セラミック層が同時に焼成されて構成される圧電
変位素子の構造の改良に関する。
先行技術の説明 第11図に側面図で示すように、内部電極1と、内部電
極1の両側に配置され同時に焼成されて形成される圧電
セラミック層2,3と、圧電セラミック層2,3の外面
に形成された電極4,5とを備えるバイモルフ振動子6
が提案されている。このように内部電極1を介在された
状態で圧電セラミック層2,3を構成するセラミックグ
リーンシートを重ね合わせ、同時に焼成して得られるバ
イモルフ振動子6では、圧電セラミック層2,3の厚み
を薄くすることができ、かつ大きな変位を得ることがで
きるという利点を有する。
しかしながら、上述のようにして構成されたバイモルフ
振動子6では、圧電セラミック層2,3が同時焼成され
るものであるため、内部電極としては、通常、電極を構
成する金属ペースト等を一方の圧電セラミック層2もし
くは3に塗布し焼付けることにより内部電極1が構成さ
れており、したがって内部電極はその厚みが約2〜5μ
m程度とかなり薄いものである。したがって、内部電極
1と、電極4,5間に電圧を印加しバイモルフ振動子6
を駆動させた場合、内部電極1を介した両側の圧電セラ
ミック層2,3のセラミック結晶粒子が相互に逆方向に
伸縮し、その結果内部電極1を隔てた両側の圧電セラミ
ック粒子の伸び、縮みを相互に拘束し合うという問題が
あった。すなわち、内部電極1付近に内部電極1の両側
の圧電セラミック層2,3よりの応力が集中し、その結
果圧電変位素子としてのバイモルフ振動子6の変位に影
響を与え、大きな変位ヒステリシスを生じるという欠点
があった。言い換えれば、内部電極1を介して圧電セラ
ミック層2,3を構成する結晶粒子が、互いに内部電極
1を隔てて逆向きに伸縮するため、正および負の電圧を
交互に印加した場合の変位履歴が大きいという欠点があ
った。
上述の欠点は、第11図に図示したようなバイモルフ振
動子6に限らず、内部電極1の両側に複数の圧電セラミ
ック層が積層されて焼成される圧電変位素子においても
存在した。
発明の目的 この発明の目的は、上述の欠点を解消し、変位ヒステリ
シスの小さな圧電変位素子を提供することにある。
発明の構成 この発明は、内部電極と、該内部電極の両側で相互に逆
方向に変位する圧電セラミック層とを備え、この両側の
圧電セラミック層が同時に焼成されてなる圧電変位素子
において、相互に逆方向に変位する圧電セラミック層間
に、積極的に変位しないセラミックからなる中間層が前
記圧電セラミック層と同時に焼成されることにより設け
られており、内部電極は中間層の両面に形成されている
ことを特徴とする、圧電変位素子である。
実施例 第1図は、この発明の一実施例の側面図である。第1図
から明らかなように、この実施例の特徴は、互いに逆方
向に変位する圧電セラミック層2,3の間に、それ自身
は積極的に駆動されない中間層7が設けられていること
にあり、該中間層7の両面に内部電極1a,1bが形成
されている。この第1図に示した圧電変位素子16は、
たとえば圧電セラミック層2,3および中間層7を構成
する圧電セラミックグリーンシートを、内部電極となる
金属ペースト1a,1bを介して積層し、焼成すること
により得られる。したがって、圧電変位素子16の全体
の厚みは、予め焼成された圧電セラミックスを内部電極
を介して貼り合わせたものよりかなり薄くすることが可
能である。この点は、第11図に示した従来の圧電変位
素子6と同様である。なお、中間層7の両側に配置され
る圧電セラミック層2,3については、1層からなるも
のに限られず、それぞれが複数のセラミックグリーンシ
ートを積層してなるものでもよく、また圧電セラミック
層2と圧電セラミック層3とを異なる層数のセラミック
グリーンシートにより構成し、中間層7の両側の圧電セ
ラミック層2,3の厚みを異ならすことも可能である。
さらに、第1図に示した実施例では、中間層7の両側に
内部電極1a,1bが形成されており、したがって電圧
を図示のように内部電極1a,1bおよび外面の電極
4,5に印加した場合、圧電セラミック層2,3は相互
に逆方向に変位するが、中間層7自身は積極的に変位し
ない。よって、内部電極1a,1b近傍の圧電セラミッ
ク層2,3の結晶粒子の変位の他方側への影響は、中間
層7で吸収され、他方側の圧電セラミック層2,3に影
響を与えないことが予想される。よって、圧電セラミッ
ク層2,3を相互に逆方向に繰返し変位させたとして
も、変位ヒステリシスの小さな圧電変位素子16を実現
し得ることが予想される。
上述の中間層7の効果を確認するために、中間層7の設
けられていない比較例と、中間層7ならびに圧電セラミ
ック層2,3の厚みを異ならせた実施例1ないし実施例
3とにつき、変位量およびヒステリシス量を測定した。
なお、比較例および実施例1ないし実施例3の形状のう
ち、各圧電セラミック層2,3および中間層7の(長
さ)×(幅)は、すべて(11mm)×(5mm)のものを
用いている。
比較例:圧電セラミック層2,3の厚み0.2mm。中間
層7は設けず。
実施例1:圧電セラミック層2,3の厚みは0.2mm、
中間層7の厚みは0.025mm。
実施例2:圧電セラミック層2,3の厚みは0.17m
m、中間層7の厚みは0.06mm。
実施例3:圧電セラミック層2,3の厚みは0.15m
m、中間層7の厚みは0.12mm。
変位量および変位ヒステリシス量については、正および
負のピーク間電圧200Vおよび300Vにて測定し、
変位ヒステリシス量は、(駆動電圧0における変位履歴
量)/(正および負のピーク電圧間の変位量)×100
(%)で表わした。
結果を、第3図ないし第10図および下記の表に示す。
上述した表の結果から明らかなように、比較例に比べ
て、実施例1ないし実施例3では変位ヒステリシス量が
1/3〜1/2に低減し得ることが確認されている。同
時に、中間層7の厚みが厚くなるほど、大きな変位量
(高d01)が得られることがわかる。
なお、圧電セラミック層2,3の厚みをA、中間層7の
厚みをBとしたとき、実験によれば、第2図に示すよう
に、 「0.1≦B/A≦0.5」の条件において、変位ヒス
テリシス量の小さい圧電変位素子を得ることが確かめら
れた。なお、図中実線は正および負のピーク間の電圧が
200V,破線は正および負のピーク間の電圧が300
Vのときの値であり、実線0および破線Pはヒステリシ
ス(%)を、実線Qおよび破線Rはd01を示す。
上述した表および第2図の結果から明らかなように、こ
の実施例によれば、用途に応じて、すなわち変位ヒステ
リシス量の低減が要請される用途では変位ヒステリシス
量の小さな圧電変位素子を与えることができ、また大き
な変位量を要求されるところでは中間層7を圧電セラミ
ック層2,3のたとえば5倍以上の厚みに制御すること
により所望の大変位量の圧電変位素子を与えることが可
能であることがわかる。
発明の効果 以上のように、この発明によれば、内部電極と、該内部
電極の両側で相互に逆方向に変位する圧電セラミック層
とを備え、両側の圧電セラミック層が同時に焼成されて
なる圧電変位素子において、相互に逆方向に変位する圧
電セラミック層間に積極的に変位しないセラミックから
なる中間層が前記圧電セラミック層と同時に焼成される
ことにより設けられており、内部電極は該中間層の両面
に形成されているため、変位ヒステリシス量の小さな圧
電変位素子を得ることができる。また、中間層の厚みを
調整することにより、用途に応じた大変位量の圧電変位
素子を得ることも可能である。
したがって、たとえばVTRヘッドトラッキング用圧電
素子のような変位ヒステリシス量の極めて小さいことが
要求される圧電変位素子、もしくは圧電スイッチのよう
な大変位量が求められる用途は圧電ブザー、圧電スピー
カなどの様々な圧電装置に応用し得るものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明の一実施例を示す側面図である。第
2図は、第1図に示した実施例における圧電セラミック
層と中間層の厚みの比率を変えた場合の変位ヒステリシ
ス量およびd01の変化を示す図である。第3図ないし第
10図は、比較例、実施例1ないし実施例3におけるV
PP200Vおよび300Vを印加したときの変位ヒステ
リシスを示す図である。第11図は、従来の圧電変位素
子を示す側面図である。 図において、1a,1bは内部電極、2,3は圧電セラ
ミック層、7は中間層、16は圧電変位素子を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−13784(JP,A) 特開 昭54−78994(JP,A) 特開 昭56−144585(JP,A) 特開 昭54−38600(JP,A) 特開 昭56−16398(JP,A) 特開 昭56−23100(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】内部電極と、該内部電極の両側で相互に逆
    方向に変位する圧電セラミック層とを備え、前記両側の
    圧電セラミック層が同時に焼成されてなる圧電変位素子
    において、 相互に逆方向に変位する前記圧電セラミック層間に、積
    極的に変位しないセラミックからなる中間層が前記圧電
    セラミック層と同時に焼成されることにより設けられて
    おり、前記内部電極は、該中間層の両面に形成されてい
    ることを特徴とする、圧電変位素子。
JP59103231A 1984-05-21 1984-05-21 圧電変位素子 Expired - Lifetime JPH0658978B2 (ja)

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JPS60245286A JPS60245286A (ja) 1985-12-05
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