JPH10190086A - Piezo-electric/electrostrictive device - Google Patents

Piezo-electric/electrostrictive device

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JPH10190086A
JPH10190086A JP30509997A JP30509997A JPH10190086A JP H10190086 A JPH10190086 A JP H10190086A JP 30509997 A JP30509997 A JP 30509997A JP 30509997 A JP30509997 A JP 30509997A JP H10190086 A JPH10190086 A JP H10190086A
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piezoelectric
electrostrictive
electric field
electrostrictive element
electrostrictive layer
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Yukihisa Takeuchi
幸久 武内
Tsutomu Nanataki
七瀧  努
Masaro Takahashi
正郎 高橋
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NGK Insulators Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To greatly expand the amount of relative displacement in a voltage non-load state and a voltage application state or the amount of relative displacement in a field applied state in the reverse direction mutually and contrive to enhance the easiness of control when it is used as an actuator or improve the sensibility in the case when it is used as a sensor. SOLUTION: A piezo-electric/electric-strain device is provided with a piezo- electric/electrostrictive layer 20, an actuator main body 24 having a pair of electrodes 22a and 22b formed on one main surface of the piezo-electric/ electrostrictive layer 20a, a vibrating part 16 which is faced with the other main surface of the piezo-electric/electrostrictive layer 20 and supports the actuator body 24 and a unimorph type actuator 12 having a fixing part 18 which supports the vibrating part 16 so that it may vibrate. In this case, there are established the following relationship that y=ax while the following relation that 1/10<=a<=100, assuming that the distance between the paired electrodes 22a and 22b is X where (1μm<=x<=200μm and the thickness of the piezo-electric/ electrostrictive layer 20 is y where 1μm<=y<=100μm.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電/電歪素子、
アクチュエータ、フィルタ、ディスプレイ、トランス、
マイクロホン、発音体(スピーカ等)、各種振動子、共
振子、発振子、ディスクリミネータ、更にはジャイロや
センサ等に用いられるユニモルフ型の圧電/電歪素子に
関するものである。なお、ここで呼称される素子とは、
電気エネルギーを機械エネルギーに変換する、即ち、機
械的な変位、力又は振動に変換する素子の他、その逆の
変換を行なう素子を含む。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a piezoelectric / electrostrictive element,
Actuators, filters, displays, transformers,
The present invention relates to a microphone, a sounding body (such as a speaker), various vibrators, a resonator, an oscillator, a discriminator, and a unimorph type piezoelectric / electrostrictive element used for a gyro, a sensor, and the like. The element referred to here is:
It includes an element that converts electrical energy into mechanical energy, that is, an element that converts mechanical energy into mechanical displacement, force, or vibration, as well as an element that performs the reverse conversion.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、光学や精密加工等の分野におい
て、サブミクロンのオーダーで光路長や位置を調整する
変位素子や、微小変位を電気的変化として検知する検出
素子が所望されるようになってきている。
2. Description of the Related Art In recent years, in the fields of optics and precision machining, a displacement element for adjusting an optical path length and a position on the order of submicrons and a detection element for detecting a minute displacement as an electrical change have been desired. Is coming.

【0003】これに応えるものとして、強誘電体等の圧
電材料に電界を加えた時に起こる逆圧電効果に基づくと
ころの変位の発現を利用したアクチュエータやその逆の
現象(圧電効果)を利用したセンサ等に用いられる圧電
/電歪素子の開発が進められている。
[0003] In response to this, an actuator utilizing the development of displacement based on the inverse piezoelectric effect which occurs when an electric field is applied to a piezoelectric material such as a ferroelectric substance, and a sensor utilizing the opposite phenomenon (piezoelectric effect). The development of a piezoelectric / electrostrictive element used for such purposes is underway.

【0004】その中で、スピーカ等においては、そのよ
うな圧電/電歪素子構造として、従来から知られている
ユニモルフ型が好適に採用されている。
[0004] Among them, in a speaker or the like, a conventionally known unimorph type is suitably adopted as such a piezoelectric / electrostrictive element structure.

【0005】このため、本出願人にあっても、先に、特
開平3−128681号公報や特開平5−49270号
公報等において、各種の用途に好適に用いられ得るセラ
ミックス製の圧電/電歪膜型素子を提案した。
[0005] For this reason, even the applicant of the present invention has previously disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 3-128681 and 5-49270 a ceramic piezoelectric / electrode which can be suitably used for various applications. A strain film type device was proposed.

【0006】この提案例に係る圧電/電歪膜型素子は、
図30に示すように、少なくとも1つの窓部(空所)1
00を覆蓋するように薄肉の振動部102を一体に設け
ることによって、少なくとも1つの薄肉の壁部(即ち、
振動部102)が形成されたセラミックス基体104を
備え、該セラミックス基体104の前記振動部102の
外面上に、下部電極106と圧電/電歪層108と上部
電極110との組み合わせからなる圧電/電歪作動部1
12を膜形成法によって一体的に積層形成した構造を有
する。なお、前記セラミックス基体104中、空所10
0以外の部分は振動部102を支持する固定部114と
して機能している。
The piezoelectric / electrostrictive film type element according to this proposal example is
As shown in FIG. 30, at least one window (vacant space) 1
By providing the thin vibrating part 102 integrally so as to cover the at least one thin wall, at least one thin wall part (ie,
A vibrating part 102) is formed on the ceramic base 104, and a piezoelectric / electrode comprising a combination of a lower electrode 106, a piezoelectric / electrostrictive layer 108, and an upper electrode 110 is formed on the outer surface of the vibrating part 102 of the ceramic base 104. Strain operating unit 1
12 are integrally laminated by a film forming method. In the ceramic substrate 104, the space 10
Portions other than 0 function as fixed portions 114 that support the vibrating portion 102.

【0007】前記提案例に係る圧電/電歪素子は、小型
で安価な、高信頼性の電気機械変換素子であると共に、
低い駆動電圧にて大変位が得られ、また応答速度が速
く、かつ、発生力も大きいという優れた特徴を有してお
り、アクチュエータ、フィルタ、ディスプレイ、センサ
等の構成部材等として有用である。
The piezoelectric / electrostrictive element according to the above proposed example is a small, inexpensive, highly reliable electromechanical transducer,
It has excellent features that a large displacement can be obtained with a low driving voltage, a high response speed, and a large generating force, and is useful as a constituent member of an actuator, a filter, a display, a sensor, and the like.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記圧電/
電歪素子においては、圧電/電歪作動部112の構成を
圧電/電歪層108に上部電極110と下部電極106
を形成したいわゆるサンドイッチ構造としている。この
サンドイッチ構造の圧電/電歪作動部112、振動部1
02及び固定部114からなる圧電/電歪素子本体の屈
曲変位特性をみた場合、図31Bに示すように、基準電
界点(電界E=0の点)を中心に電界の正方向と負方向
とで対称形となっている。
By the way, the piezoelectric /
In the electrostrictive element, the configuration of the piezoelectric / electrostrictive operating section 112 is such that the upper electrode 110 and the lower electrode 106
Is formed in a so-called sandwich structure. The piezoelectric / electrostrictive operating section 112 and the vibrating section 1 having this sandwich structure
When the bending displacement characteristics of the piezoelectric / electrostrictive element main body composed of the piezoelectric element 02 and the fixed portion 114 are viewed, as shown in FIG. 31B, the positive and negative directions of the electric field center around the reference electric field point (point of electric field E = 0). Is symmetrical.

【0009】ここで、屈曲変位は、圧電/電歪素子本体
が一方向(圧電/電歪層108上に形成された上部電極
110が自由空間を臨む方向)に対して凸状に変位する
場合を正方向、凹状に変位する場合を負方向としてい
る。
Here, the bending displacement is when the piezoelectric / electrostrictive element body is displaced in a convex shape in one direction (the direction in which the upper electrode 110 formed on the piezoelectric / electrostrictive layer 108 faces free space). Is defined as the positive direction, and the case where it is displaced concavely is defined as the negative direction.

【0010】この変位特性は、上部電極110及び下部
電極106間に所定電圧を印加し、圧電/電歪層108
を分極処理した後、圧電/電歪素子に加えられる電界が
例えば+3E→−3E→+3Eの電界となるように、上
部電極110及び下部電極106間に印加される電圧を
連続的に変化させたときの圧電/電歪素子本体の変位を
みたものである。
The displacement characteristic is obtained by applying a predetermined voltage between the upper electrode 110 and the lower electrode 106 and applying a voltage to the piezoelectric / electrostrictive layer 108.
After the polarization process, the voltage applied between the upper electrode 110 and the lower electrode 106 was continuously changed so that the electric field applied to the piezoelectric / electrostrictive element became, for example, an electric field of + 3E → −3E → + 3E. In this case, the displacement of the piezoelectric / electrostrictive element main body is observed.

【0011】即ち、圧電/電歪素子に対し、まず、正方
向に分極用の電界(例えば+5E)をかけて圧電/電歪
層108を分極処理した後、上部電極110及び下部電
極106間への電圧印加を停止して電圧無負荷状態とす
る。そして、測定開始と共に、圧電/電歪素子に周波数
1Hz、ピーク値±3Eのサイン波(図31A参照)を
印加し、そのときの各ポイント(点A〜点D)での変位
量をレーザ変位計を用いて連続的に測定する。そのとき
の測定結果を電界−屈曲変位グラフにプロットしたもの
が図31Bの特性図である。図31Bの矢印に示される
ように、屈曲変位の変位量は、電界の連続的な増減によ
って連続的に変化している。
That is, first, a polarization electric field (for example, + 5E) is applied to the piezoelectric / electrostrictive element in the positive direction to polarize the piezoelectric / electrostrictive layer 108, and then, between the upper electrode 110 and the lower electrode 106. Is stopped and the voltage is not loaded. Simultaneously with the start of the measurement, a sine wave having a frequency of 1 Hz and a peak value of ± 3E (see FIG. 31A) is applied to the piezoelectric / electrostrictive element, and the displacement amount at each point (points A to D) at that time is determined by laser displacement. Measure continuously using a meter. FIG. 31B is a characteristic diagram in which the measurement result at that time is plotted on an electric field-bending displacement graph. As indicated by the arrow in FIG. 31B, the displacement amount of the bending displacement changes continuously due to the continuous increase and decrease of the electric field.

【0012】具体的に、前記測定を電界+3Eから開始
したとすると、図32Aに示すように、まず、圧電/電
歪素子には、分極方向と同じ方向に電界が印加されるこ
とから、圧電/電歪層108は上部電極110〜下部電
極106間方向に伸び、上部電極110及び下部電極1
06と平行な方向に縮みを生ずる。その結果、圧電/電
歪素子全体は負方向に0.9Δyほど変位する。
More specifically, assuming that the measurement is started from the electric field + 3E, first, as shown in FIG. 32A, an electric field is applied to the piezoelectric / electrostrictive element in the same direction as the polarization direction. The / electrostrictive layer 108 extends in the direction between the upper electrode 110 and the lower electrode 106, and the upper electrode 110 and the lower electrode 1
Shrinkage occurs in a direction parallel to 06. As a result, the entire piezoelectric / electrostrictive element is displaced in the negative direction by about 0.9Δy.

【0013】その後、電界を+3Eから−0.5Eに変
化させていくと、変位量は徐々に減少していく。電界が
負方向になると、図32Bに示すように、分極の向きと
反対方向に電界がかかるため、圧電/電歪層108は、
上部電極110及び下部電極106と平行な方向に伸び
を発生し、変位は正方向へと変化していく。
Thereafter, when the electric field is changed from + 3E to -0.5E, the displacement gradually decreases. When the electric field is in the negative direction, as shown in FIG. 32B, an electric field is applied in a direction opposite to the direction of polarization.
Elongation occurs in a direction parallel to the upper electrode 110 and the lower electrode 106, and the displacement changes in the positive direction.

【0014】次に、−0.5E→−3Eへと電界を変化
させていくと、徐々に分極の向きが反転しはじめる。即
ち、電界の向きと分極の向きがそろいはじめる。図31
Bの点B→点c→点Cのうち、点cでほぼ分極が完全に
反転していると思われる。その理由は、点c〜点C間で
ヒステリシスがみられないためである。
Next, when the electric field is changed from -0.5E to -3E, the direction of polarization gradually starts to be inverted. That is, the direction of the electric field and the direction of the polarization start to be aligned. FIG.
It is considered that the polarization is almost completely reversed at point c among points B → point c → point C of B. The reason is that no hysteresis is observed between point c and point C.

【0015】そして、図33Aに示すように、電界の向
きと分極の向きがそろうことによって、圧電/電歪層1
08は、水平方向に伸びる状態から縮む状態へと変化し
ていく。電界が−3Eとなった段階では、その変位量
は、測定開始時点における変位量(0.9Δy)とほぼ
同じになる。
Then, as shown in FIG. 33A, when the direction of the electric field and the direction of the polarization are aligned, the piezoelectric / electrostrictive layer 1 is formed.
08 changes from a state of extending in the horizontal direction to a state of contracting. At the stage when the electric field becomes -3E, the amount of displacement is almost the same as the amount of displacement (0.9Δy) at the start of measurement.

【0016】つまり、分極方向と電界方向が一致した場
合、圧電/電歪層108は、電極110及び106の平
行方向に縮む(電極110及び106間方向に伸びる)
ことになり、これは点A及び点Cの状態が対応する。ま
た、分極方向と電界方向が反対向きの場合、圧電/電歪
層108は、電極110及び106の平行方向に伸びる
(電極110及び106間方向に縮む)ことになり、こ
れは点B及び点Dの状態が対応する。なお、1E=約
1.7kV/mm、1Δy=約1.6μmである。
That is, when the polarization direction and the electric field direction match, the piezoelectric / electrostrictive layer 108 contracts in the direction parallel to the electrodes 110 and 106 (extends in the direction between the electrodes 110 and 106).
That is, the states of the points A and C correspond to each other. When the polarization direction and the electric field direction are opposite to each other, the piezoelectric / electrostrictive layer 108 extends in the direction parallel to the electrodes 110 and 106 (shrinks in the direction between the electrodes 110 and 106). The state of D corresponds. Note that 1E = about 1.7 kV / mm and 1Δy = about 1.6 μm.

【0017】その後、電界を−3Eから+0.5Eに変
化させていくと、変位量は徐々に減少し、電界が正方向
になると、図33Bに示すように、分極の向きと反対方
向に電界がかかるため、圧電/電歪層108は、上部電
極110及び下部電極106と平行な方向に伸びを発生
し、変位は正方向へと変化していく。
Thereafter, when the electric field is changed from -3E to + 0.5E, the amount of displacement gradually decreases, and when the electric field becomes positive, as shown in FIG. 33B, the electric field is changed in the direction opposite to the polarization direction. Therefore, the piezoelectric / electrostrictive layer 108 expands in a direction parallel to the upper electrode 110 and the lower electrode 106, and the displacement changes in the positive direction.

【0018】そして、+0.5E→+3Eへと電界を変
化させていくと、徐々に分極の向きが反転しはじめ、電
界の向きと分極の向きがそろうことによって、圧電/電
歪層108は、水平方向に伸びる状態から縮む状態へと
変化していく。
When the electric field is changed from + 0.5E to + 3E, the direction of polarization gradually starts to be reversed, and the direction of the electric field and the direction of polarization are aligned. It changes from a state of extending horizontally to a state of contracting.

【0019】このように、従来の圧電/電歪素子におい
ては、屈曲変位特性が基準電界点(電界E=0)を中心
に電界の正方向と負方向とで対称形になっていることか
ら、電圧無負荷状態と電圧印加状態での相対変位量や、
互いに逆方向の電界をかけた状態での相対変位量が小さ
く、例えば逆圧電効果によるアクチュエータとして利用
した場合の変位量が小さくなったり、圧電効果によるセ
ンサとして利用した場合の感度が低くなるおそれがあ
る。
As described above, in the conventional piezoelectric / electrostrictive element, the bending displacement characteristic is symmetrical with respect to the reference electric field point (electric field E = 0) in the positive and negative directions of the electric field. , The relative displacement between the no-load state and the applied voltage state,
The relative amount of displacement when electric fields in opposite directions are applied to each other is small, for example, the amount of displacement when used as an actuator by the inverse piezoelectric effect may be small, and the sensitivity when used as a sensor by the piezoelectric effect may be low. is there.

【0020】従って、圧電/電歪素子をアクチュエータ
として利用した場合に、その制御が困難になる可能性が
あり、圧電/電歪素子をセンサとして利用した場合に、
その後段に増幅率が大きくノイズ抑制も考慮された高価
格の増幅器を接続する必要がある。
Therefore, when the piezoelectric / electrostrictive element is used as an actuator, it may be difficult to control the actuator. When the piezoelectric / electrostrictive element is used as a sensor,
After that, it is necessary to connect a high-priced amplifier having a large amplification factor and taking noise suppression into consideration.

【0021】この問題は、特に多数の圧電/電歪素子本
体を使用し、かつ各圧電/電歪素子本体の品質を一定に
保つ必要がある電子機器、例えば画素に対応して多数の
圧電/電歪素子本体を配列して構成される表示装置を作
製する場合に非常に不利になるおそれがある。
This problem is particularly caused by the use of a large number of piezoelectric / electrostrictive element bodies and the need to keep the quality of each piezoelectric / electrostrictive element body constant, for example, a large number of piezoelectric / electrostrictive elements corresponding to pixels. When a display device configured by arranging the electrostrictive element bodies is manufactured, there is a possibility that it becomes very disadvantageous.

【0022】本発明はこのような課題を考慮してなされ
たものであり、電圧無負荷状態と電圧印加状態での相対
変位量や、互いに逆方向の電界をかけた状態での相対変
位量を大幅に拡大でき、アクチュエータとして利用した
場合の制御の容易性、センサとして利用した場合の感度
の向上を実現させることができる圧電/電歪素子を提供
することを目的とする。
The present invention has been made in consideration of such problems, and has been made to reduce the relative displacement between a state where no voltage is applied and a state where a voltage is applied, and the amount of relative displacement when applying electric fields in opposite directions. It is an object of the present invention to provide a piezoelectric / electrostrictive element which can be greatly expanded, and which can realize easy control when used as an actuator and improved sensitivity when used as a sensor.

【0023】[0023]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の本発明に
係る圧電/電歪素子は、圧電/電歪層と該圧電/電歪層
の一主面に形成された一対の電極とを有する圧電/電歪
作動部と、前記圧電/電歪層の他主面に接して前記圧電
/電歪作動部を支持する振動部と、前記振動部を振動可
能に支持する固定部とを有するユニモルフ型の圧電/電
歪素子本体を具備した圧電/電歪素子において、前記一
対の電極間の所定電界の4倍以上の印加電界による前記
圧電/電歪素子本体の屈曲変位特性が、基準電界点を中
心に非対称となるように構成する。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a piezoelectric / electrostrictive element comprising a piezoelectric / electrostrictive layer and a pair of electrodes formed on one main surface of the piezoelectric / electrostrictive layer. A piezoelectric / electrostrictive operating section, a vibrating section that is in contact with the other main surface of the piezoelectric / electrostrictive layer and supports the piezoelectric / electrostrictive operating section, and a fixing section that supports the vibrating section so that it can vibrate. In a piezoelectric / electrostrictive element provided with a unimorph type piezoelectric / electrostrictive element main body, the bending displacement characteristic of the piezoelectric / electrostrictive element main body due to an applied electric field of four times or more of a predetermined electric field between the pair of electrodes is changed to a reference electric field. It is configured to be asymmetric about the point.

【0024】前記屈曲変位特性は、圧電/電歪作動部に
おける一対の電極間に分極用の電圧を印加して圧電/電
歪層を分極処理した後、圧電/電歪素子に加えられる電
界が交番的に変化するように、一対の電極間に印加され
る電圧を連続的に変化させたときの圧電/電歪素子本体
の屈曲変位をみたものであり、この場合の屈曲変位と
は、圧電/電歪素子本体が一方向(圧電/電歪層上に形
成された一対の電極が自由空間を臨む方向)に対して凸
状に変位する場合を正方向、凹状に変位する場合を負方
向としている。ここで、前記所定電界とは、圧電/電歪
層の一主面(表面)に近い部分の分極の向きが逆電界の
印加によって反転する電界をいう。
The bending displacement characteristic is obtained by applying a voltage for polarization between a pair of electrodes in the piezoelectric / electrostrictive operating section to polarize the piezoelectric / electrostrictive layer, and then applying an electric field applied to the piezoelectric / electrostrictive element. The bending displacement of the piezoelectric / electrostrictive element body when the voltage applied between the pair of electrodes is continuously changed so as to change alternately is obtained. / Positive direction when the electrostrictive element body is displaced convexly in one direction (direction in which a pair of electrodes formed on the piezoelectric / electrostrictive layer faces free space), and negative direction when displaced concavely. And Here, the predetermined electric field refers to an electric field in which the direction of polarization of a portion near one main surface (surface) of the piezoelectric / electrostrictive layer is reversed by application of a reverse electric field.

【0025】具体的には、例えば圧電/電歪層を分極処
理するために一対の電極間に例えば正方向に所定電圧を
かけると、圧電/電歪層の一主面において面方向に正方
向の電界が生じる。圧電/電歪層に発生する電界の強さ
は、前記一主面が最も大きく、深さ方向に徐々に小さく
なる。圧電/電歪層は、前記正方向の電界の発生によっ
て、該電界と同じ方向に分極処理される。その後、例え
ば一対の電極間への電圧印加を停止して電圧無負荷状態
とする。
Specifically, for example, when a predetermined voltage is applied between a pair of electrodes in a positive direction, for example, in order to polarize the piezoelectric / electrostrictive layer, a positive direction in a plane direction is applied to one main surface of the piezoelectric / electrostrictive layer. Electric field is generated. The strength of the electric field generated in the piezoelectric / electrostrictive layer is greatest on the one main surface and gradually decreases in the depth direction. The generation of the electric field in the positive direction causes the piezoelectric / electrostrictive layer to be polarized in the same direction as the electric field. Thereafter, for example, the application of the voltage between the pair of electrodes is stopped, and the state is set to the no-load state.

【0026】そして、圧電/電歪素子に加えられる電界
が交番的に変化するように、一対の電極間に印加される
電圧を連続的に変化させる。このとき、例えば分極処理
時に生じていた電界の方向(例えば正方向)と同じ方向
に電界が生じている段階においては、圧電/電歪層にお
ける分極方向と電界の方向とが一致し、圧電/電歪層の
表面近くでは電界が強くかかることから、圧電/電歪層
は水平方向に伸びることになる。これによって、圧電/
電歪素子本体は、一方向及び他方向のいずれかの方向に
変位するものと考えられる。
Then, the voltage applied between the pair of electrodes is continuously changed so that the electric field applied to the piezoelectric / electrostrictive element changes alternately. At this time, for example, at a stage where the electric field is generated in the same direction as the direction of the electric field generated during the polarization process (for example, the positive direction), the polarization direction in the piezoelectric / electrostrictive layer matches the direction of the electric field, and Since a strong electric field is applied near the surface of the electrostrictive layer, the piezoelectric / electrostrictive layer extends in the horizontal direction. This allows the piezoelectric /
It is considered that the electrostrictive element body is displaced in one of the one direction and the other direction.

【0027】その後、一対の電極間に印加される電圧が
変化して、圧電/電歪素子に分極処理時の電界の方向と
逆の方向の電界が発生している段階では、以下のような
作用を行うことになる。
Thereafter, at the stage where the voltage applied between the pair of electrodes changes and an electric field is generated in the piezoelectric / electrostrictive element in a direction opposite to the direction of the electric field during the polarization process, the following is performed. Function.

【0028】まず、電界が弱い段階では、圧電/電歪層
の分極の方向と電界の方向が互いに逆になっており、圧
電/電歪層は、水平方向に縮むこととなる。これによっ
て、圧電/電歪素子本体は、他方向に屈曲変位する。そ
の後、電界が強くなってくると、圧電/電歪層の表面部
分の分極が反転しはじめ、圧電/電歪層の表面付近では
分極の方向と電界の方向が一致し、圧電/電歪層の深い
部分では分極の方向と電界の方向が逆になるという現象
が生じる。即ち、圧電/電歪層において、2種類の分極
が存在することとなり、擬似的なバイモルフ型の圧電/
電歪素子として機能することになる。
First, when the electric field is weak, the direction of polarization of the piezoelectric / electrostrictive layer and the direction of the electric field are opposite to each other, and the piezoelectric / electrostrictive layer contracts in the horizontal direction. As a result, the piezoelectric / electrostrictive element body is bent and displaced in the other direction. Thereafter, when the electric field becomes stronger, the polarization of the surface portion of the piezoelectric / electrostrictive layer starts to be inverted, and near the surface of the piezoelectric / electrostrictive layer, the direction of the polarization matches the direction of the electric field. In a deep part, a phenomenon occurs that the direction of polarization and the direction of electric field are reversed. That is, in the piezoelectric / electrostrictive layer, two types of polarization exist, and a pseudo bimorph type piezoelectric /
It will function as an electrostrictive element.

【0029】その結果、圧電/電歪層の一主面に近い部
分と、振動部に近い部分での歪み方向が互いに逆にな
り、全体として一方向(圧電/電歪層上に形成された一
対の電極が自由空間を臨む方向)に凸状変位し、その変
位量は、前記擬似的なバイモルフ的な作用によって非常
に大きいものとなる。
As a result, the directions of distortion in the portion near one main surface of the piezoelectric / electrostrictive layer and the portion near the vibrating portion are opposite to each other, and as a whole, one direction (formed on the piezoelectric / electrostrictive layer) The pair of electrodes is displaced in a convex shape in the direction facing the free space), and the amount of displacement is extremely large due to the pseudo bimorph-like action.

【0030】特に、本発明では、その変位特性が基準電
界点を中心に電界の正方向と負方向とで非対称形となっ
ていることから、例えば周期的に変化する電界の2つの
ピーク値におけるそれぞれの屈曲変位量において差が生
じる。これにより、電圧無負荷状態と電圧印加状態での
相対変位量や、互いに逆方向の電界をかけた状態での相
対変位量が大きくなり、圧電/電歪素子をアクチュエー
タとして利用した場合の制御の容易性、センサとして利
用した場合の感度の向上を実現させることができる。
In particular, according to the present invention, since the displacement characteristics are asymmetrical in the positive and negative directions of the electric field with respect to the reference electric field point, for example, two peak values of the periodically changing electric field are obtained. A difference occurs in each bending displacement amount. As a result, the relative displacement between the voltage-unloaded state and the voltage-applied state and the relative displacement when the electric field in the opposite direction is applied are increased, and the control when the piezoelectric / electrostrictive element is used as an actuator is increased. It is possible to realize easiness and improvement in sensitivity when used as a sensor.

【0031】圧電/電歪素子をアクチュエータやセンサ
等に利用する場合、前記基準電界点を基準とし、絶対値
が同一で方向が異なる2つの所定電界の4倍以上の電界
をそれぞれ印加したときの屈曲変位量をA、Bとしたと
き、A≧1.5Bの関係を有することが好ましい(請求
項2記載の発明)。この関係によって、屈曲変位特性と
して、基準電界点を中心に非対称となる特性を得ること
ができ、圧電/電歪素子をアクチュエータとして利用し
た場合の制御の容易性、センサとして利用した場合の感
度の向上を確実に実現させることができる。
When the piezoelectric / electrostrictive element is used for an actuator, a sensor, or the like, when an electric field of four times or more of two predetermined electric fields having the same absolute value and different directions is applied with respect to the reference electric field point. When the bending displacement amounts are A and B, it is preferable to have a relationship of A ≧ 1.5B (the invention according to claim 2). According to this relationship, it is possible to obtain a characteristic that is asymmetrical about the reference electric field point as the bending displacement characteristic, and it is easy to control when the piezoelectric / electrostrictive element is used as an actuator, and the sensitivity when the sensor is used as a sensor. The improvement can be reliably realized.

【0032】次に、請求項3記載の本発明に係る圧電/
電歪素子は、圧電/電歪層と該圧電/電歪層の一主面に
形成された一対の電極とを有する圧電/電歪作動部と、
前記圧電/電歪層の他主面に接して前記圧電/電歪作動
部を支持する振動部と、前記振動部を振動可能に支持す
る固定部とを有するユニモルフ型の圧電/電歪素子本体
を具備し、前記一対の電極間の距離をx(1μm≦x≦
200μm)、前記圧電/電歪層の厚みをy(1μm≦
y≦100μm)としたとき、y=axの関係を有し、
かつ、1/10≦a≦100として構成する。
Next, according to the third aspect of the present invention,
An electrostriction element having a piezoelectric / electrostrictive layer having a piezoelectric / electrostrictive layer and a pair of electrodes formed on one main surface of the piezoelectric / electrostrictive layer;
A unimorph type piezoelectric / electrostrictive element main body including a vibrating portion that contacts the other main surface of the piezoelectric / electrostrictive layer and supports the piezoelectric / electrostrictive operating portion, and a fixed portion that supports the vibrating portion so as to vibrate. And the distance between the pair of electrodes is x (1 μm ≦ x ≦
200 μm), and the thickness of the piezoelectric / electrostrictive layer is set to y (1 μm ≦
y ≦ 100 μm), there is a relation of y = ax,
In addition, it is configured such that 1/10 ≦ a ≦ 100.

【0033】この場合、前記一対の電極間の印加電界に
よる前記圧電/電歪素子本体の変位特性が、請求項1記
載の発明に示すような変位特性、即ち、基準電界点を中
心に非対称となる特性を得ることができる。そのため、
この請求項3記載の本発明に係る圧電/電歪素子におい
ても、前記請求項1記載の圧電/電歪素子と同様に、圧
電/電歪素子をアクチュエータとして利用した場合の制
御の容易性、センサとして利用した場合の感度の向上を
実現させることができる。
In this case, the displacement characteristic of the piezoelectric / electrostrictive element body due to the applied electric field between the pair of electrodes is such that the displacement characteristic is as shown in the first aspect of the present invention, that is, the displacement characteristic is asymmetric about the reference electric field point. Characteristics can be obtained. for that reason,
In the piezoelectric / electrostrictive element according to the third aspect of the present invention, as in the case of the piezoelectric / electrostrictive element according to the first aspect, ease of control when the piezoelectric / electrostrictive element is used as an actuator, An improvement in sensitivity when used as a sensor can be realized.

【0034】そして、請求項1〜3のいずれか1項に記
載の発明において、前記振動部及び前記固定部をセラミ
ックスにて一体に形成し、前記振動部に対応する箇所に
空所を形成して、該振動部が薄肉となるようにすれば
(請求項4記載の発明)、固定部と振動部を容易に作製
することが可能となり、圧電/電歪素子の製造コストの
低廉化を図る上で有利となる。
In the invention according to any one of claims 1 to 3, the vibrating portion and the fixed portion are integrally formed of ceramics, and a void is formed at a position corresponding to the vibrating portion. If the vibrating portion is made thin (the invention according to claim 4), the fixed portion and the vibrating portion can be easily manufactured, and the manufacturing cost of the piezoelectric / electrostrictive element can be reduced. The above is advantageous.

【0035】また、セラミックにて構成される基体に空
所を設けることによって厚肉の固定部と薄肉の振動部が
形成されるかたちとなるため、振動部は圧電/電歪層の
変位に敏感に反応し、電圧信号の変化に対して追従性の
高い振動部とすることができる。また、振動部と固定部
との境部分の剛性が十分に確保されるため、振動部の振
動に伴う前記境部分の疲れによる破壊は発生しにくくな
る。
Further, since a thick fixed portion and a thin vibrating portion are formed by providing a space in the ceramic base, the vibrating portion is sensitive to the displacement of the piezoelectric / electrostrictive layer. In response to the change of the voltage signal, it is possible to form a vibrating portion having a high followability to a change in the voltage signal. In addition, since the rigidity of the boundary between the vibrating part and the fixed part is sufficiently ensured, the boundary part due to the vibration of the vibrating part hardly breaks due to fatigue.

【0036】前記構成において、1/5≦a≦10とす
ることが好ましく(請求項5記載の発明)、1/2≦a
≦5であって、かつ1μm≦x≦60μm、1μm≦y
≦40μmであれば更に好ましい(請求項6記載の発
明)。
In the above construction, it is preferable that 1 / 5≤a≤10 (the invention according to claim 5), and 1 / 2≤a
≦ 5 and 1 μm ≦ x ≦ 60 μm, 1 μm ≦ y
It is more preferred that ≦ 40 μm (the invention according to claim 6).

【0037】また、前記構成において、振動部の厚みを
z(1μm≦z≦50μm)としたとき、y=bzの関
係を有し、かつ、1/5≦b≦10とすれば(請求項7
記載の発明)、屈曲変位量を増大させることが可能とな
る。
Further, in the above structure, when the thickness of the vibrating portion is z (1 μm ≦ z ≦ 50 μm), the relationship y = bz is satisfied, and 1/5 ≦ b ≦ 10. 7
Described invention), it is possible to increase the amount of bending displacement.

【0038】前記構成において、1/3≦b≦5とする
ことが好ましく(請求項8記載の発明)、1/3≦b≦
5であって、かつ1μm≦y≦40μm、1μm≦z≦
20μmであれば更に好ましい(請求項9記載の発
明)。
In the above structure, it is preferable that 1 / 3≤b≤5 (the invention of claim 8), and 1 / 3≤b≤
5 and 1 μm ≦ y ≦ 40 μm, 1 μm ≦ z ≦
It is more preferable that the thickness be 20 μm (the invention according to claim 9).

【0039】また、前記構成において、前記振動部の中
心を通る最短寸法における断面形状が、電圧無負荷状態
で以下の条件を満足するように構成すれば(請求項10
記載の発明)、前記一対の電極間の印加電界による前記
圧電/電歪素子本体の変位特性が、基準電界点を中心に
非対称となり、前記請求項1記載の圧電/電歪素子と同
様に、圧電/電歪素子をアクチュエータとして利用した
場合の制御の容易性、センサとして利用した場合の感度
の向上を実現させることができる。
Further, in the above-mentioned structure, if the cross-sectional shape in the shortest dimension passing through the center of the vibrating part satisfies the following condition in the state of no voltage load (claim 10).
The displacement characteristics of the piezoelectric / electrostrictive element main body due to an applied electric field between the pair of electrodes are asymmetrical about a reference electric field point, similar to the piezoelectric / electrostrictive element according to claim 1, It is possible to realize easiness of control when the piezoelectric / electrostrictive element is used as an actuator, and improvement in sensitivity when used as a sensor.

【0040】しかも、作製された圧電/電歪本体に対し
て必ず一方向への大きな屈曲変位を行わせることがで
き、各種電子機器等に使用した場合の歩留まりの向上を
達成させることができる。
In addition, the produced piezoelectric / electrostrictive main body can be always subjected to a large bending displacement in one direction, and an improvement in the yield when used in various electronic devices and the like can be achieved.

【0041】(1) 前記固定部に近接する一方の最外極小
点と他方の最外極小点とを結ぶことにより構成される基
準線より、前記圧電/電歪層の中央部付近における上面
の少なくとも一部分が、前記振動部と反対方向に突出し
ていること。
(1) An upper surface near the center of the piezoelectric / electrostrictive layer is defined by a reference line formed by connecting one outermost minimum point and the other outermost minimum point close to the fixed portion. At least a part thereof projects in a direction opposite to the vibrating section.

【0042】(2) 前記最外極小点が存在しない場合は、
前記最短寸法に沿う振動部の上面のうち、前記固定部と
の境界点に対応する点を最外極小点とすること。
(2) When the outermost minimum point does not exist,
A point corresponding to a boundary point with the fixed portion on the upper surface of the vibrating portion along the shortest dimension is defined as an outermost minimum point.

【0043】(3) 前記振動部の前記固定部との境界部分
を0地点とし、前記振動部の最短寸法長を100とした
とき、前記最外極小点が前記0地点から前記振動部にお
ける最短寸法長の40%の範囲にない場合は、前記最短
寸法に沿う振動部の上面のうち、前記固定部との境界点
に対応する点を最外極小点とすること。
(3) Assuming that the boundary between the vibrating portion and the fixed portion is point 0, and the shortest dimension length of the vibrating portion is 100, the outermost minimum point is the shortest point in the vibrating portion from the point 0. When the length is not within the range of 40% of the dimension length, a point corresponding to a boundary point with the fixed portion on the upper surface of the vibrating portion along the shortest dimension is set as an outermost minimum point.

【0044】特に、請求項10記載の発明において、前
記突出量tをm/1000≦t≦m/10とすれば更に
好ましい(請求項11記載の発明)。
In particular, in the invention according to the tenth aspect, it is more preferable that the protrusion amount t satisfies m / 1000 ≦ t ≦ m / 10 (the invention according to the eleventh aspect).

【0045】[0045]

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る圧電/電歪素
子の実施の形態例(以下、単に実施の形態に係る圧電/
電歪素子と記す)を図1〜図19を参照しながら説明
し、更に、本実施の形態に係る圧電/電歪素子を表示装
置に適用した実施例(以下、実施例に係る表示装置と記
す)を図20〜図29を参照しながら説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of a piezoelectric / electrostrictive element according to the present invention (hereinafter simply referred to as a piezoelectric / electrostrictive
An electrostrictive element will be described with reference to FIGS. 1 to 19, and an example in which the piezoelectric / electrostrictive element according to the present embodiment is applied to a display device (hereinafter, a display device according to an example and Will be described with reference to FIGS.

【0046】まず、本実施の形態に係る圧電/電歪素子
は、図1に示すように、例えばセラミックスにて構成さ
れた基体10を有し、該基体10の所定箇所にアクチュ
エータ部12が配設されている。前記基体10は、一主
面が連続した面(面一)とされ、他主面は前記アクチュ
エータ部12に対応した位置に凹部14が形成されてい
る。
First, as shown in FIG. 1, the piezoelectric / electrostrictive element according to the present embodiment has a base 10 made of ceramics, for example, and an actuator section 12 is arranged at a predetermined position on the base 10. Has been established. The base 10 has one main surface as a continuous surface (the same surface), and the other main surface has a concave portion 14 at a position corresponding to the actuator section 12.

【0047】つまり、前記基体10のうち、凹部14の
形成されている部分が薄肉とされ、それ以外の部分が厚
肉とされている。薄肉の部分は、外部応力に対して振動
を受けやすい構造となって振動部16として機能し、凹
部14以外の部分は厚肉とされて前記振動部16を支持
する固定部18として機能するようになっている。な
お、図示しないが、前記基体10の他主面側には配線用
の基板が貼り合わされるようになっている。また、基体
10は、一体焼成であっても、後付けであってもよい。
That is, the portion of the substrate 10 where the concave portion 14 is formed is made thin, and the other portions are made thick. The thin portion has a structure that is susceptible to vibration against external stress and functions as the vibrating portion 16, and the portion other than the concave portion 14 is thick and functions as the fixing portion 18 that supports the vibrating portion 16. It has become. Although not shown, a wiring substrate is bonded to the other main surface of the base 10. Further, the base 10 may be integrally fired or may be retrofitted.

【0048】前記アクチュエータ部12は、図1に示す
ように、前記振動部16と固定部18のほか、該振動部
16上に直接形成された圧電/電歪層20と、該圧電/
電歪層20の上面に形成された一対の電極(一方の電極
22a及び他方の電極22b)とを有するアクチュエー
タ部本体24を有して構成されている。
As shown in FIG. 1, the actuator section 12 includes a piezoelectric / electrostrictive layer 20 formed directly on the vibrating section 16 in addition to the vibrating section 16 and the fixed section 18.
It has an actuator section main body 24 having a pair of electrodes (one electrode 22 a and the other electrode 22 b) formed on the upper surface of the electrostrictive layer 20.

【0049】ここで、各部材の形状について、図3〜図
19を参照しながら説明する。まず、図3に示すよう
に、基体10の他主面に形成される凹部14の周面形
状、即ち振動部16の平面形状は例えば円形とされ(破
線参照)、圧電/電歪層20の平面形状(一点鎖線)並
びに一対の電極22a及び22bにて形づくられる外周
形状(実線参照)も円形状とされている。この場合、振
動部16の大きさが最も大きく、次いで一対の電極22
a及び22bの外周形状とされ、圧電/電歪層20の平
面形状が最も小さく設定されている。なお、一対の電極
22a及び22bの外周形状が最も大きくなるように設
定してもよい。
Here, the shape of each member will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 3, the peripheral surface shape of the concave portion 14 formed on the other main surface of the base 10, that is, the planar shape of the vibrating portion 16 is, for example, circular (see the broken line). The planar shape (dotted line) and the outer peripheral shape (see the solid line) formed by the pair of electrodes 22a and 22b are also circular. In this case, the size of the vibrating part 16 is the largest, and then the pair of electrodes 22
a and 22b, and the planar shape of the piezoelectric / electrostrictive layer 20 is set to be the smallest. Note that the pair of electrodes 22a and 22b may be set so that the outer peripheral shape is maximized.

【0050】圧電/電歪層20上に形成される一対の電
極22a及び22bの平面形状は、例えば図4に示すよ
うに、これら一対の電極22a及び22bが互いに平行
し、かつ相互に離間された数ターンの渦巻き状とされて
いる。この渦巻きのターン数は、実際は、5ターン以上
であるが、図4の例では、図面の複雑化を避けるために
3ターンとして記載してある。
The planar shape of the pair of electrodes 22a and 22b formed on the piezoelectric / electrostrictive layer 20 is such that the pair of electrodes 22a and 22b are parallel to each other and separated from each other, as shown in FIG. It is a spiral of several turns. The number of turns of the spiral is actually five or more, but in the example of FIG. 4, it is described as three turns in order to avoid complication of the drawing.

【0051】前記一対の電極22a及び22bの平面形
状としては、図4に示す渦巻き形状のほかに、図5に示
すような形状としてもよい。具体的には、一対の電極2
2a及び22bが共に、前記圧電/電歪層20上の中心
に向かって延びる幹部26及び28と該幹部26及び2
8から多数枝分かれしてなる枝部30及び32を有する
形状とし、かつ一対の電極22a及び22bが、相互に
離間されて相補形に配列された形状(以下、便宜的に多
枝形状と記す)にしてもよい。
The planar shape of the pair of electrodes 22a and 22b may be a shape shown in FIG. 5 in addition to the spiral shape shown in FIG. Specifically, a pair of electrodes 2
2a and 22b are both stems 26 and 28 extending toward the center on the piezoelectric / electrostrictive layer 20;
8, and a shape in which a pair of electrodes 22a and 22b are spaced apart from each other and arranged in a complementary manner (hereinafter referred to as a multi-branched shape for convenience). It may be.

【0052】前記例では、振動部16の平面形状、圧電
/電歪層20の平面形状並びに一対の電極22a及び2
2bにて形づくられる外周形状を円形状とした場合を示
したが、その他、長円形状(図22及び図23参照)や
楕円形状(図24参照)としてもよい。また、振動部1
6の平面形状及び圧電/電歪層20の平面形状を共に矩
形状とし、コーナー部が角のとれた形状にしてもよいし
(図25参照)、振動部16の平面形状及び圧電/電歪
層20の平面形状を共に多角形状(図26の例では八角
形状)とし、各頂角部分が丸みを帯びた形状にしてもよ
い。
In the above example, the planar shape of the vibrating section 16, the planar shape of the piezoelectric / electrostrictive layer 20, and the pair of electrodes 22a and 22a
Although the case where the outer peripheral shape formed by 2b is a circular shape is shown, an elliptical shape (see FIGS. 22 and 23) or an elliptical shape (see FIG. 24) may be used. Also, the vibrating section 1
6 and the piezoelectric / electrostrictive layer 20 may both have a rectangular shape, with corners having rounded corners (see FIG. 25), or the planar shape and the piezoelectric / electrostrictive The plane shape of the layer 20 may be both polygonal (octagonal in the example of FIG. 26), and each vertex may be rounded.

【0053】また、振動部16の形状、圧電/電歪層2
0の平面形状、一対の電極22a及び22bにて形づく
られる外周形状は、円と楕円の組み合わせでもよいし、
矩形状と楕円の組み合わせでもよく、特に限定されるも
のではない。
The shape of the vibrating part 16 and the piezoelectric / electrostrictive layer 2
0, the outer peripheral shape formed by the pair of electrodes 22a and 22b may be a combination of a circle and an ellipse,
A combination of a rectangle and an ellipse may be used, and there is no particular limitation.

【0054】また、圧電/電歪層20の平面形状は、図
6及び図7に示すように、リング状(中空状)とするこ
とも好ましく採用される。この場合も、図9A〜図9C
に示すように、外周形状として、円、楕円、矩形状など
種々のものが挙げられる。図8に、圧電/電歪層20の
平面形状を円環状とし、一対の電極22a及び22bを
多枝形状とした例を示す。
As shown in FIGS. 6 and 7, the planar shape of the piezoelectric / electrostrictive layer 20 is preferably ring-shaped (hollow). Also in this case, FIGS.
As shown in FIG. 7, various shapes such as a circle, an ellipse, and a rectangle can be given as the outer peripheral shape. FIG. 8 shows an example in which the planar shape of the piezoelectric / electrostrictive layer 20 is annular, and the pair of electrodes 22a and 22b is multi-branched.

【0055】圧電/電歪層20の平面形状をリング状と
することにより、中空部分に電極を形成する必要がない
ため、変位量を小さくすることなく静電容量を小さくす
ることができる。
By making the planar shape of the piezoelectric / electrostrictive layer 20 into a ring shape, it is not necessary to form an electrode in a hollow portion, so that the capacitance can be reduced without reducing the amount of displacement.

【0056】次に、本実施の形態に係る圧電/電歪素子
の動作原理について図10〜図13を参照しながら説明
する。
Next, the operating principle of the piezoelectric / electrostrictive element according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.

【0057】まず、本実施の形態に係る圧電/電歪素子
は、図10Bに示すように、前記一対の電極22a及び
22b間の印加電界による前記アクチュエータ部12の
屈曲変位特性が基準電界点(電界E=0の点)を中心に
非対称となる。
First, in the piezoelectric / electrostrictive element according to the present embodiment, as shown in FIG. 10B, the bending displacement characteristic of the actuator section 12 due to the electric field applied between the pair of electrodes 22a and 22b is changed to a reference electric field point ( (The point of the electric field E = 0).

【0058】この屈曲変位特性は、アクチュエータ部本
体24における一対の電極22a及び22b間に所定電
圧を印加し、圧電/電歪層20を分極処理した後、アク
チュエータ部12に加えられる電圧を連続的に変化させ
たときのアクチュエータ部12の屈曲変位をみたもので
ある。この場合の屈曲変位とは、図2に示すように、ア
クチュエータ部12が一方向(圧電/電歪層20上に形
成された一対の電極22a及び22bが自由空間を臨む
方向)に対して凸状に屈曲変位する場合を正方向、凹状
に屈曲変位する場合を負方向としている。
This bending displacement characteristic is obtained by applying a predetermined voltage between the pair of electrodes 22a and 22b of the actuator section main body 24 to polarize the piezoelectric / electrostrictive layer 20, and then continuously applying the voltage applied to the actuator section 12 to the piezoelectric / electrostrictive layer 20. FIG. 9 shows the bending displacement of the actuator section 12 when changing to. As shown in FIG. 2, the bending displacement in this case means that the actuator portion 12 is convex in one direction (a direction in which the pair of electrodes 22a and 22b formed on the piezoelectric / electrostrictive layer 20 faces free space). The case of bending and displacing in a concave shape is defined as a positive direction, and the case of bending and displacing in a concave shape is defined as a negative direction.

【0059】具体的に前記屈曲変位特性の測定について
一例をあげて説明する。まず、図11Aに示すように、
例えば圧電/電歪層20を分極処理するために一対の電
極22a及び22b間に例えば正方向に所定電圧をかけ
ると、圧電/電歪層20の一主面において面方向に正方
向の電界(例えば図10Bにおいて+5Eで示す電界)
が生じる。ここで、1E=約2.5kV/mmである。
The measurement of the bending displacement characteristic will be specifically described with reference to an example. First, as shown in FIG. 11A,
For example, when a predetermined voltage is applied, for example, in the positive direction between the pair of electrodes 22a and 22b in order to polarize the piezoelectric / electrostrictive layer 20, an electric field in a positive direction in the plane direction on one main surface of the piezoelectric / electrostrictive layer 20 ( For example, the electric field indicated by + 5E in FIG. 10B)
Occurs. Here, 1E = about 2.5 kV / mm.

【0060】圧電/電歪層20に発生する電界の強さ
は、前記一主面が最も大きく、深さ方向に徐々に小さく
なる。そのため、深い部分の分極は進行しにくいが、十
分な電界、十分な時間、適度な熱を加えて分極を深さ方
向まで進めることができる。
The intensity of the electric field generated in the piezoelectric / electrostrictive layer 20 is greatest on the one main surface and gradually decreases in the depth direction. Therefore, although the polarization of the deep portion hardly progresses, the polarization can be advanced to the depth direction by applying a sufficient electric field, a sufficient time, and appropriate heat.

【0061】アクチュエータとして使用する電界の使用
範囲(例えば図10Bにおいて+3E〜−3Eの範囲)
を超えた電界(+5E)を例えば7時間、適度な温度下
において印加することによって、加えられた電界と同じ
方向に分極処理される。
Use range of the electric field used as the actuator (for example, the range of + 3E to -3E in FIG. 10B)
For example, by applying an electric field (+ 5E) exceeding the above-mentioned value at an appropriate temperature for 7 hours, polarization processing is performed in the same direction as the applied electric field.

【0062】その後、図11Bに示すように、一対の電
極間への電圧印加を停止して電圧無負荷状態とする。そ
して、測定開始と共に、圧電/電歪素子に周波数1H
z、ピーク値±3Eのサイン波(図10A参照)を印加
し、そのときの各ポイント(点A〜点D)での変位量を
連続してレーザ変位計で測定する。そのときの測定結果
を電界−屈曲変位グラフにプロットしたものが図10B
の特性図である。図10Bの矢印に示されるように、屈
曲変位の変位量は、電界の連続的な増減によってある程
度のヒステリシスをもって連続的に変化している。
Thereafter, as shown in FIG. 11B, the application of the voltage between the pair of electrodes is stopped to bring the voltage into a no-load state. When the measurement is started, the frequency of 1H is applied to the piezoelectric / electrostrictive element.
A sine wave (see FIG. 10A) with z and a peak value of ± 3E is applied, and the displacement at each point (points A to D) at that time is continuously measured by a laser displacement meter. FIG. 10B is a plot of the measurement results at that time in an electric field-bending displacement graph.
FIG. As shown by the arrow in FIG. 10B, the displacement amount of the bending displacement continuously changes with a certain degree of hysteresis due to the continuous increase and decrease of the electric field.

【0063】具体的に、測定を点Aで示す電界+3Eの
時点から開始したとすると、まず、点Aにおいては、図
12Aに示すように、圧電/電歪層20における分極方
向と電界の方向とが一致し、圧電/電歪層20の表面近
くでは電界が強くかかることから、圧電/電歪層20は
水平方向に伸びることとなり、アクチュエータ部12
は、一方向(圧電/電歪層20上に形成された一対の電
極22a及び22bが自由空間を臨む方向)に約0.8
Δyほど屈曲変位する(図10B参照)。なお、1Δy
=約1.6μmである。
Specifically, assuming that the measurement is started at the time of the electric field + 3E indicated by the point A, first, at the point A, as shown in FIG. 12A, the polarization direction of the piezoelectric / electrostrictive layer 20 and the direction of the electric field. And the electric field is strongly applied near the surface of the piezoelectric / electrostrictive layer 20, so that the piezoelectric / electrostrictive layer 20 extends in the horizontal direction,
Is about 0.8 in one direction (the direction in which the pair of electrodes 22a and 22b formed on the piezoelectric / electrostrictive layer 20 faces free space).
The bending displacement is as much as Δy (see FIG. 10B). Note that 1Δy
= About 1.6 μm.

【0064】その後、一対の電極22a及び22b間に
印加される電圧が変化して、圧電/電歪素子に分極処理
時の電界の方向と逆の方向の電界が発生している段階で
は、以下のような動作を行うことになる。
Thereafter, when the voltage applied between the pair of electrodes 22a and 22b is changed and an electric field in the direction opposite to the direction of the electric field during the polarization process is generated in the piezoelectric / electrostrictive element, the following steps are taken. The following operation is performed.

【0065】まず、電界が弱い例えば点B(−0.6
E)の段階では、図12Bに示すように、圧電/電歪層
20の分極の方向と電界の方向が互いに逆になってお
り、圧電/電歪層20は、水平方向に縮むこととなる。
これによって、アクチュエータ部12は、他方向(圧電
/電歪層20から振動部16に向かう方向)に約−0.
3Δyほど屈曲変位する。また、この段階は、圧電/電
歪層20の表面部分における分極が反転しはじめる段階
であり、従って、この点Bでの電界(−0.6E)を所
定電界と定義することができる。
First, for example, at a point B (-0.6
At the stage E), as shown in FIG. 12B, the direction of polarization of the piezoelectric / electrostrictive layer 20 and the direction of the electric field are opposite to each other, and the piezoelectric / electrostrictive layer 20 contracts in the horizontal direction. .
As a result, the actuator section 12 moves about −0.0 in the other direction (the direction from the piezoelectric / electrostrictive layer 20 toward the vibrating section 16).
The bending displacement is about 3Δy. In addition, this stage is a stage where the polarization at the surface portion of the piezoelectric / electrostrictive layer 20 starts to be inverted. Therefore, the electric field (−0.6E) at this point B can be defined as a predetermined electric field.

【0066】その後、負方向の電界が強くなってくる
と、図13Aに示すように、圧電/電歪層20の表面部
分における分極反転が進行し、圧電/電歪層20の表面
付近では分極の方向と電界の方向が一致し、圧電/電歪
層20の深い部分では分極の方向と電界の方向が逆にな
るという現象が生じる。即ち、圧電/電歪層20におい
て、2種類の分極が存在することとなり、擬似的なバイ
モルフ型の圧電/電歪素子として機能することになる。
特に、電界が−3Eとなった段階においては、アクチュ
エータ部12の変位量は、前記擬似的なバイモルフ的な
作用によって非常に大きいものとなり、図10Bの例で
は、変位=約2.6Δyとなっている。
Thereafter, when the electric field in the negative direction becomes stronger, as shown in FIG. 13A, the polarization inversion proceeds on the surface of the piezoelectric / electrostrictive layer 20, and the polarization near the surface of the piezoelectric / electrostrictive layer 20 is increased. And the direction of the electric field coincide with each other, and in a deep portion of the piezoelectric / electrostrictive layer 20, a phenomenon occurs in which the direction of the polarization is opposite to the direction of the electric field. That is, the piezoelectric / electrostrictive layer 20 has two types of polarization, and functions as a pseudo bimorph type piezoelectric / electrostrictive element.
In particular, at the stage when the electric field becomes -3E, the displacement amount of the actuator section 12 becomes very large due to the pseudo bimorph-like action, and in the example of FIG. 10B, the displacement becomes about 2.6Δy. ing.

【0067】次に、電界が負方向から正方向に移り、電
界が弱い例えば点D(+0.6E)の段階では、図13
Bに示すように、圧電/電歪層20の表面付近では分極
の方向と電界の方向が逆であり、圧電/電歪層20の深
い部分では分極の方向と電界の方向が一致しており、圧
電/電歪層20は、その表面付近が水平方向に縮み、深
い部分が水平方向に伸びるかたちとなる。
Next, at the stage where the electric field shifts from the negative direction to the positive direction and the electric field is weak, for example, at point D (+ 0.6E), FIG.
As shown in B, the direction of the polarization and the direction of the electric field are opposite in the vicinity of the surface of the piezoelectric / electrostrictive layer 20, and the direction of the polarization and the direction of the electric field coincide in the deep part of the piezoelectric / electrostrictive layer 20. The piezoelectric / electrostrictive layer 20 shrinks in the horizontal direction near its surface and extends in the horizontal direction at a deep portion.

【0068】これによって、アクチュエータ部12は、
他方向(圧電/電歪層20から振動部16に向かう方
向)に約−1.0Δyほど屈曲変位する。また、この段
階は、圧電/電歪層20の表面部分における分極が反転
しはじめる段階であり、従って、この点Dでの電界(+
0.6E)を点Bと同様に所定電界と定義することがで
きる。
As a result, the actuator section 12
In the other direction (the direction from the piezoelectric / electrostrictive layer 20 toward the vibrating section 16), the bending displacement is about -1.0Δy. In addition, this stage is a stage in which the polarization at the surface portion of the piezoelectric / electrostrictive layer 20 starts to be inverted. Therefore, the electric field (+
0.6E) can be defined as a predetermined electric field similarly to the point B.

【0069】そして、正方向への電界が徐々に強くなる
に従って、圧電/電歪層20の表面付近における分極反
転が進行し、圧電/電歪層20の分極の方向と電界の方
向が一致することとなる。従って、点Dから点Aに向か
う段階は、再分極処理段階と呼ぶこともできる。
As the electric field in the positive direction gradually increases, the polarization inversion near the surface of the piezoelectric / electrostrictive layer 20 progresses, and the direction of polarization of the piezoelectric / electrostrictive layer 20 matches the direction of the electric field. It will be. Therefore, the stage from point D to point A can also be called a repolarization stage.

【0070】以上のように、前記屈曲変位特性が対称性
を有するか非対称性を有するかを評価するには、所定電
界(±0.6E)よりも十分に大きい電界で測定する必
要がある。しかし、所定電界より僅かに大きい電界で測
定すると、本実施の形態に係る圧電/電歪素子の特有の
特性である非対称性が判別できない場合が生ずる。
As described above, in order to evaluate whether the bending displacement characteristic has symmetry or asymmetry, it is necessary to measure an electric field sufficiently larger than a predetermined electric field (± 0.6E). However, when the measurement is performed with an electric field slightly larger than the predetermined electric field, a case may occur in which the asymmetry, which is a characteristic characteristic of the piezoelectric / electrostrictive element according to the present embodiment, cannot be determined.

【0071】そこで、屈曲変位特性の非対称性を判別す
るには、部分的に分極の方向が反転しはじめる電界(こ
こでは所定電界と定義している)の4倍以上の電界を交
番的にかけて屈曲変位特性を評価することが望ましい。
つまり、絶対変位量を大きくして測定すれば屈曲変位特
性の非対称性を容易に評価することができる。
Therefore, in order to determine the asymmetry of the bending displacement characteristic, an electric field four times or more the electric field (defined as a predetermined electric field) where the direction of polarization starts to be partially reversed is alternately applied. It is desirable to evaluate the displacement characteristics.
That is, if the measurement is performed with the absolute displacement amount increased, the asymmetry of the bending displacement characteristic can be easily evaluated.

【0072】例えば、従来例に係る圧電/電歪素子にお
いては、抗電界が±0.5Eであるから、正方向の電界
を+2.0E以上とし、負方向の電界を−2.0E以下
にして測定を行えばよい。また、本実施の形態に係る圧
電/電歪素子においては、抗電界が±0.6Eであるか
ら、正方向の電界を+2.4E以上とし、負方向の電界
を−2.4E以下にして測定を行えばよい。
For example, in the piezoelectric / electrostrictive element according to the conventional example, since the coercive electric field is ± 0.5E, the electric field in the positive direction is set to + 2.0E or more and the electric field in the negative direction is set to -2.0E or less. Measurement. Further, in the piezoelectric / electrostrictive element according to the present embodiment, since the coercive electric field is ± 0.6E, the electric field in the positive direction is set to + 2.4E or more and the electric field in the negative direction is set to -2.4E or less. What is necessary is just to measure.

【0073】図10Bでは、所定電界(±0.6E)よ
りも十分に大きい電界(±3E)を交番的にかけて屈曲
変位特性を測定しており、この場合、正方向の電界のピ
ーク値(点A)における変位量yaが0.8Δy、負方
向の電界のピーク値(点C)における変位量ycが2.
6Δyであり、yc=3.25yaの関係になってい
る。
In FIG. 10B, the bending displacement characteristic is measured by alternately applying an electric field (± 3E) sufficiently larger than the predetermined electric field (± 0.6E). In this case, the peak value of the electric field in the positive direction (point The displacement ya in the case A) is 0.8Δy, and the displacement yc at the peak value of the electric field in the negative direction (point C) is 2.
6Δy, and has a relationship of yc = 3.25ya.

【0074】次に、前記屈曲変位特性に非対称性をもた
せるための寸法関係について説明する。まず、前記一対
の電極22a及び22b間の距離xと圧電/電歪層20
の厚みyをみたとき、図14に示すように、1≦x≦2
00μm、1≦y≦100μmとし、かつ、y=axの
関係を有するようにして、1/10≦a≦100の範囲
を満たすようにする。
Next, the dimensional relationship for providing the bending displacement characteristic with asymmetry will be described. First, the distance x between the pair of electrodes 22a and 22b and the piezoelectric / electrostrictive layer 20
As shown in FIG. 14, when the thickness y of 1 ≦ x ≦ 2
00 μm, 1 ≦ y ≦ 100 μm, and the relation of y = ax is satisfied so that the range of 1/10 ≦ a ≦ 100 is satisfied.

【0075】特に比例定数aについては、好ましくは1
/5≦a≦10であり、更に好ましくは、1/2≦a≦
5である。この場合、1≦x≦60μm、1≦y≦40
μmを満たせば、分極方向と逆方向の電界印加の際に、
圧電/電歪層20が適当な深さまで容易にその分極方向
が反転し、変位量を効果的に高められるため、アクチュ
エータ部12として最適となる。
In particular, the proportionality constant a is preferably 1
/ 5 ≦ a ≦ 10, more preferably 1/2 ≦ a ≦
5 In this case, 1 ≦ x ≦ 60 μm, 1 ≦ y ≦ 40
If μm is satisfied, when applying an electric field in the direction opposite to the polarization direction,
The polarization direction of the piezoelectric / electrostrictive layer 20 is easily inverted to an appropriate depth, and the displacement can be effectively increased.

【0076】ここで、一対の電極22a及び22b間の
距離xは、該一対の電極22a及び22bの平面形状が
渦巻き状である場合は、図15Aに示すように、例えば
一方の電極22aにおける外方側周縁から1本の法線R
1を引いたとき、該法線R1の起点Q1と該法線R1と
他方の電極22bにおける内方側周縁との交点Q2との
間の距離を指す。
Here, when the planar shape of the pair of electrodes 22a and 22b is spiral, the distance x between the pair of electrodes 22a and 22b is, for example, as shown in FIG. One normal R from the side edge
When 1 is subtracted, it indicates the distance between the starting point Q1 of the normal R1 and the intersection Q2 between the normal R1 and the inner peripheral edge of the other electrode 22b.

【0077】また、一対の電極22a及び22bの平面
形状が多枝形状である場合は、図15Bに示すように、
例えば一方の電極22aの枝部30における外方側周縁
から1本の法線R2を引いたとき、該法線R2の起点Q
3と該法線R2と他方の電極22bの枝部32における
内方側周縁との交点Q4との間の距離を指す。
When the planar shape of the pair of electrodes 22a and 22b is a multi-branched shape, as shown in FIG.
For example, when one normal R2 is drawn from the outer peripheral edge of the branch 30 of one electrode 22a, the starting point Q of the normal R2
3 and the distance between the normal line R2 and the intersection Q4 between the branch 32 of the other electrode 22b and the inner peripheral edge.

【0078】次に、圧電/電歪層20の厚みyと振動部
16の厚みzをみた場合は、図16に示すように、1≦
y≦100μm、1≦z≦50μmとし、かつ、y=b
zの関係を有するようにして、1/5≦b≦10の範囲
を満たすようにする。特に比例定数bについては、好ま
しくは1/3≦b≦5である。この場合、1≦y≦40
μm、1≦z≦20μmを満たせば、分極方向と逆方向
の電界印加の際に、圧電/電歪層20が適当な深さまで
容易にその分極方向が反転し、変位量を効果的に高めら
れるため、アクチュエータ部12として最適となる。
Next, when the thickness y of the piezoelectric / electrostrictive layer 20 and the thickness z of the vibrating portion 16 are viewed, as shown in FIG.
y ≦ 100 μm, 1 ≦ z ≦ 50 μm, and y = b
z so as to satisfy the range of 1/5 ≦ b ≦ 10. Particularly, the proportionality constant b is preferably 1/3 ≦ b ≦ 5. In this case, 1 ≦ y ≦ 40
If μm and 1 ≦ z ≦ 20 μm are satisfied, the polarization direction of the piezoelectric / electrostrictive layer 20 is easily inverted to an appropriate depth when an electric field is applied in the direction opposite to the polarization direction, and the displacement is effectively increased. Therefore, the actuator section 12 is optimal.

【0079】更に、本実施の形態に係る圧電/電歪素子
においては、図17及び図18に示すように、前記振動
部16の中心を通る最短寸法mにおける断面形状が、以
下の条件を満足することが好ましい。なお、図17及び
図18においては、図面の複雑化を避けるために一対の
電極22a及び22bの記載を省略してある。
Further, in the piezoelectric / electrostrictive element according to the present embodiment, as shown in FIGS. 17 and 18, the sectional shape at the shortest dimension m passing through the center of the vibrating portion 16 satisfies the following conditions. Is preferred. 17 and 18, illustration of the pair of electrodes 22a and 22b is omitted to avoid complicating the drawings.

【0080】即ち、図17Bに示すように、前記固定部
18に近接する一方の最外極小点P1と他方の最外極小
点P2とを結ぶことによって構成される基準線Lより、
前記圧電/電歪層20の中央部付近における上面の少な
くとも一部分が、電圧無負荷状態(電界E=0の状態)
で前記振動部16と反対方向に突出していることであ
る。
That is, as shown in FIG. 17B, a reference line L formed by connecting one outermost minimum point P1 close to the fixing portion 18 and the other outermost minimum point P2 is
At least a portion of the upper surface near the center of the piezoelectric / electrostrictive layer 20 is in a no-load state (state of electric field E = 0).
And protrudes in the opposite direction to the vibrating portion 16.

【0081】ここで、圧電/電歪層20の中央部付近と
は、図17Aに示すように、前記最短寸法mにおいて、
固定部18の上面と振動部16の上面との境界部分をそ
れぞれ一方の境界点K1及び他方の境界点K2と定義
し、前記最短寸法を100としたとき、前記一方の境界
点K1から最短寸法mの中心に向かって30%の範囲a
1と、前記他方の境界点K2から最短寸法mの中心に向
かって30%の範囲a2を除く、中央の40%の範囲a
3を指す。
Here, the vicinity of the center of the piezoelectric / electrostrictive layer 20 means, as shown in FIG.
The boundary between the upper surface of the fixed part 18 and the upper surface of the vibrating part 16 is defined as one boundary point K1 and the other boundary point K2, respectively, and when the shortest dimension is 100, the shortest dimension from the one boundary point K1 is defined. 30% range a toward the center of m
1 and a range 40% at the center excluding a range a2 of 30% from the other boundary point K2 toward the center of the shortest dimension m.
Point to 3.

【0082】また、図17Bに示すように、前記一方の
最外極小点P1とは、前記最短寸法mにおいて、前記圧
電/電歪層20の一主面及び振動部16の上面の前記最
短寸法面に対する投影線に形成される複数の極小点のう
ち、前記一方の境界点K1に最も近接する極小点をい
い、他方の最外極小点P2とは前記複数の極小点のう
ち、前記他方の境界点K2に最も近接する極小点をい
う。
As shown in FIG. 17B, the one outermost minimum point P1 is defined as the shortest dimension of the main surface of the piezoelectric / electrostrictive layer 20 and the upper surface of the vibrating portion 16 in the shortest dimension m. Among the plurality of minimum points formed on the projection line with respect to the plane, the minimum point closest to the one boundary point K1 is referred to, and the other outermost minimum point P2 is the other of the plurality of minimum points. The minimum point closest to the boundary point K2.

【0083】この場合、前記最短寸法を100としたと
き、前記一方の境界点K1から最短寸法mの中心に向か
って40%の範囲(一方の極小点存在領域b1)内に存
在するもので、かつ一方の境界点K1に最も近接する極
小点が一方の最外極小点P1として認定され、前記他方
の境界点K2から最短寸法mの中心に向かって40%の
範囲(他方の極小点存在領域b2)内に存在するもの
で、かつ他方の境界点K2に最も近接する極小点が他方
の最外極小点P2として認定される。
In this case, assuming that the shortest dimension is 100, the shortest dimension exists within a range of 40% from the one boundary point K1 toward the center of the shortest dimension m (one minimum point existence area b1). The minimum point closest to one boundary point K1 is recognized as one outermost minimum point P1, and a range of 40% from the other boundary point K2 toward the center of the shortest dimension m (the other minimum point existing area) The minimum point existing in b2) and closest to the other boundary point K2 is recognized as the other outermost minimum point P2.

【0084】前記最外極小点P1及びP2は、図17B
に示すように、固定部18の上面よりも下方に存在する
場合や、図17Cに示すように、固定部18の上面より
も上方に存在する場合がある。
The outermost minimum points P1 and P2 are shown in FIG.
As shown in FIG. 17A, there may be a case where it exists below the upper surface of the fixing unit 18, and as shown in FIG.

【0085】なお、図18Aに示すように、例えば他方
の極小点存在領域b2内に他方の最外極小点P2が存在
しない場合は、前記他方の境界点K2が他方の最外極小
点P2として認定される。これは、一方の最外極小点P
1でも同じである。また、図18Bに示すように、両方
の極小点存在領域b1及びb2内にそれぞれ最外極小点
P1及びP2が存在しない場合は、一方の境界点K1及
び他方の境界点K2がそれぞれ一方の最外極小点P1及
び他方の最外極小点P2として認定される。
As shown in FIG. 18A, for example, when the other outermost minimum point P2 does not exist in the other minimum point existing area b2, the other boundary point K2 is set as the other outermost minimum point P2. Be certified. This is one of the outermost minimum points P
The same applies to 1. Also, as shown in FIG. 18B, when the outermost minimum points P1 and P2 do not exist in both the minimum point existence regions b1 and b2, respectively, one boundary point K1 and the other boundary point K2 are each one of the minimum points. It is recognized as the outer minimum point P1 and the other outermost minimum point P2.

【0086】そして、前記条件、つまり、「基準線Lよ
り圧電/電歪層20の中央部付近における上面の少なく
とも一部分が、電圧無負荷状態で振動部16と反対方向
に突出すること。」という条件において、前記最短寸法
長をmとしたとき、その突出量tがm/1000≦t≦
m/10を満たすことがより好ましい。
The above condition, that is, “at least a part of the upper surface near the center of the piezoelectric / electrostrictive layer 20 protrudes from the reference line L in the direction opposite to the vibrating portion 16 in the no-load state”. In the condition, when the shortest dimension length is m, the protrusion amount t is m / 1000 ≦ t ≦
It is more preferable to satisfy m / 10.

【0087】前記条件を満たすことにより、作製された
アクチュエータ部12に対して必ず一方向に大きな変位
を行わせることができ、各種電子機器等に使用した場合
の歩留まりの向上を達成させることができる。
By satisfying the above conditions, the produced actuator section 12 can be made to undergo a large displacement in one direction without fail, and an improvement in the yield when used in various electronic devices and the like can be achieved. .

【0088】このように、本実施の形態に係る圧電/電
歪素子においては、アクチュエータ部本体24を圧電/
電歪層20と該圧電/電歪層20の一主面に形成された
一対の電極22a及び22bとで構成し、更に前記一対
の電極22a及び22b間の所定電界の4倍以上の印加
電界によるアクチュエータ部12の変位特性を基準電界
点を中心に非対称となるようにしたので、圧電/電歪層
20に対して分極処理した後に逆方向に電界をかけた場
合、圧電/電歪層20の表面付近においては、その電界
強度が大きいことから、その分極方向が反転して前記電
界の方向と同じになるが、圧電/電歪層20の深い部分
はその電界強度が小さいことから、その分極方向は反転
しないこととなる。即ち、前記圧電/電歪層20におい
て、2種類の分極が存在することになり、擬似的なバイ
モルフ型の圧電/電歪素子として機能することになる。
As described above, in the piezoelectric / electrostrictive element according to the present embodiment, the actuator section main body 24 is
The electrostrictive layer 20 includes a pair of electrodes 22a and 22b formed on one main surface of the piezoelectric / electrostrictive layer 20, and an applied electric field that is at least four times a predetermined electric field between the pair of electrodes 22a and 22b. Is made asymmetric about the reference electric field point, so that when an electric field is applied in the opposite direction after the polarization processing on the piezoelectric / electrostrictive layer 20, In the vicinity of the surface, the electric field intensity is large, and the polarization direction is reversed to be the same as the direction of the electric field. However, the deep portion of the piezoelectric / electrostrictive layer 20 has a small electric field intensity. The polarization direction will not be reversed. That is, the piezoelectric / electrostrictive layer 20 has two types of polarization, and functions as a pseudo bimorph type piezoelectric / electrostrictive element.

【0089】その結果、圧電/電歪層20の表面付近
と、深い部分での歪み方向が互いに逆になり、全体とし
て一方向に凸状変位し、その変位量は、前記擬似的なバ
イモルフ的な作用によって非常に大きいものとなる。
As a result, the strain directions in the vicinity of the surface of the piezoelectric / electrostrictive layer 20 and in the deep portion are opposite to each other, so that the whole is displaced convexly in one direction, and the amount of the displacement is similar to the pseudo bimorph-like shape. It becomes very large due to the action.

【0090】特に、本実施の形態に係る圧電/電歪素子
では、その変位特性が基準電界点(電界E=0の点)を
中心に電界の正方向と負方向とで非対称形となっている
ことから、例えば周期的に変化する電界の2つのピーク
値におけるそれぞれの屈曲変位量において差が生じる。
これにより、電圧無負荷状態と電圧印加状態での相対変
位量や、互いに逆方向の電界をかけた状態での相対変位
量が大きくなり、圧電/電歪素子をアクチュエータとし
て利用した場合の制御の容易性、センサとして利用した
場合の感度の向上を実現させることができる。
In particular, in the piezoelectric / electrostrictive element according to the present embodiment, the displacement characteristics are asymmetrical in the positive and negative directions of the electric field with respect to the reference electric field point (point of electric field E = 0). Therefore, for example, there is a difference in the amount of bending displacement between two peak values of the periodically changing electric field.
As a result, the relative displacement between the voltage-unloaded state and the voltage-applied state and the relative displacement when the electric field in the opposite direction is applied are increased, and the control when the piezoelectric / electrostrictive element is used as an actuator is increased. It is possible to realize easiness and improvement in sensitivity when used as a sensor.

【0091】また、本実施の形態に係る圧電/電歪素子
においては、一対の電極22a及び22b間の距離をx
(1μm≦x≦200μm)、前記圧電/電歪層20の
厚みをy(1μm≦y≦100μm)としたとき、y=
axの関係を有し、かつ、1/10≦a≦100として
構成するようにしている。
In the piezoelectric / electrostrictive element according to the present embodiment, the distance between the pair of electrodes 22a and 22b is x
(1 μm ≦ x ≦ 200 μm), and when the thickness of the piezoelectric / electrostrictive layer 20 is y (1 μm ≦ y ≦ 100 μm), y =
ax, and 1/10 ≦ a ≦ 100.

【0092】この場合、前記一対の電極22a及び22
b間の印加電界によるアクチュエータ部12の変位特性
として、図10Bに示すように、基準電界点(電界E=
0の点)を中心に非対称となる特性を得ることができ
る。
In this case, the pair of electrodes 22a and 22
As shown in FIG. 10B, the displacement characteristics of the actuator section 12 due to the applied electric field between the reference electric field point (the electric field E =
A characteristic that is asymmetric about the point (point 0) can be obtained.

【0093】また、本実施の形態に係る圧電/電歪素子
においては、前記振動部16及び固定部18をセラミッ
クスにて一体に形成し、振動部16に対応する箇所に凹
部14を形成して、該振動部16が薄肉となるようにし
たので、固定部18と振動部16を容易に作製すること
が可能となり、圧電/電歪素子の製造コストの低廉化を
図る上で有利となる。
In the piezoelectric / electrostrictive element according to the present embodiment, the vibrating portion 16 and the fixed portion 18 are integrally formed of ceramics, and the concave portion 14 is formed at a position corresponding to the vibrating portion 16. Since the vibrating portion 16 is made thin, the fixing portion 18 and the vibrating portion 16 can be easily manufactured, which is advantageous in reducing the manufacturing cost of the piezoelectric / electrostrictive element.

【0094】また、セラミックにて構成される基体10
に凹部14を設けることによって厚肉の固定部18と薄
肉の振動部16が形成されるかたちとなるため、振動部
16は圧電/電歪層20の変位に敏感に反応し、電圧信
号の変化に対して追従性の高い振動部16とすることが
できる。また、振動部16と固定部18との境界部分の
剛性が十分に確保されるため、振動部16の振動に伴う
前記境界部分の疲れによる破壊は発生しにくくなる。
The base 10 made of ceramic is
By providing the concave portion 14 in the shape, a thick fixed portion 18 and a thin vibrating portion 16 are formed, so that the vibrating portion 16 is sensitive to the displacement of the piezoelectric / electrostrictive layer 20 and changes in the voltage signal. The vibrating section 16 can be highly compliant with the vibration section 16. In addition, since the rigidity of the boundary between the vibrating part 16 and the fixed part 18 is sufficiently ensured, the boundary part due to the vibration of the vibrating part 16 is less likely to be broken due to fatigue.

【0095】また、本実施の形態に係る圧電/電歪素子
においては、圧電/電歪層20の厚みをy(1μm≦y
≦100μm)、振動部16の厚みをz(1μm≦z≦
50μm)としたとき、y=bzの関係を有し、かつ、
1/5≦b≦10としたので、一対の電極22a及び2
2b間の印加電界によるアクチュエータ部12の屈曲変
位特性を図10Bに示すように、基準電界点を中心に非
対称とすることができる。
In the piezoelectric / electrostrictive element according to the present embodiment, the thickness of piezoelectric / electrostrictive layer 20 is set to y (1 μm ≦ y
≦ 100 μm) and the thickness of the vibrating part 16 is z (1 μm ≦ z ≦
50 μm), the relation y = bz is satisfied, and
Since 1/5 ≦ b ≦ 10, the pair of electrodes 22a and 22
As shown in FIG. 10B, the bending displacement characteristic of the actuator section 12 due to the applied electric field between 2b can be made asymmetric about the reference electric field point.

【0096】前記実施の形態に係る圧電/電歪素子、特
に一対の電極22a及び22bの平面形状を渦巻き形状
や多枝形状としたが、図19に示すように、くし型形状
であってもかまわない。この場合、振動部16の形状を
縦横比(アスペクト比)で0.25以下又は4.0以上
とし、多数のくし歯部分の配列方向が振動部の長手方向
に沿うように一対のくし型電極を形成することが好まし
い。この条件を満足すれば、一対の電極22a及び22
bがくし型形状であっても、前記渦巻き形状や多枝形状
と同様の効果を得ることができる。
Although the planar shape of the piezoelectric / electrostrictive element according to the above-described embodiment, in particular, the pair of electrodes 22a and 22b has a spiral shape or a multi-branched shape, as shown in FIG. I don't care. In this case, the shape of the vibrating portion 16 is set to an aspect ratio (aspect ratio) of 0.25 or less or 4.0 or more, and a pair of comb-shaped electrodes is arranged so that the arrangement direction of a large number of comb teeth portions is along the longitudinal direction of the vibrating portion. Is preferably formed. If this condition is satisfied, a pair of electrodes 22a and 22a
Even if b has a comb shape, the same effect as that of the spiral shape or the multi-branched shape can be obtained.

【0097】ただし、振動部16の形状がアスペクト比
で0.25〜4.0、好ましくは0.5〜2.0であっ
て、一対の電極22a及び22bの平面形状を渦巻き形
状又は多枝形状とするのが、相対変位量を大きくする上
で最も好ましい。
However, the shape of the vibrating portion 16 is 0.25 to 4.0, preferably 0.5 to 2.0 in aspect ratio, and the planar shape of the pair of electrodes 22a and 22b is a spiral shape or a multi-branched shape. The shape is most preferable for increasing the relative displacement.

【0098】次に、前記アクチュエータ部12の各構成
部材、特に各構成部材の材料等の選定について説明す
る。
Next, the selection of each component of the actuator section 12, particularly the material and the like of each component will be described.

【0099】まず、振動部16は、高耐熱性材料である
ことが好ましい。その理由は、アクチュエータ部12を
有機接着剤等の耐熱性に劣る材料を用いずに、固定部1
8によって直接振動部16を支持させる構造とする場
合、少なくとも圧電/電歪層20の形成時に、振動部1
6が変質しないようにするため、振動部16は、高耐熱
性材料であることが好ましい。
First, the vibrating section 16 is preferably made of a material having high heat resistance. The reason is that the actuator section 12 does not use a material having poor heat resistance such as an organic adhesive,
In the case where the vibrating part 16 is directly supported by the vibrating part 8, at least when the piezoelectric / electrostrictive layer 20 is formed,
The vibrating part 16 is preferably made of a highly heat-resistant material so that the material 6 does not deteriorate.

【0100】また、振動部16は、基体10上に形成さ
れる一対の電極22a及び22bにおける一方の電極2
2aに通じる配線(垂直選択線48:図21参照)と他
方の電極22bに通じる配線(信号線50:図21参
照)との電気的な分離を行うために、電気絶縁材料であ
ることが好ましい。
Further, the vibrating section 16 is provided on one of the electrodes 22a and 22b formed on the base body 10.
In order to electrically separate a wiring (vertical selection line 48: see FIG. 21) leading to 2a and a wiring (signal line 50: see FIG. 21) leading to the other electrode 22b, it is preferable to use an electrically insulating material. .

【0101】従って、振動部16は、高耐熱性の金属あ
るいはその金属表面をガラス等のセラミックス材料で被
覆したホーロー等の材料であってもよいが、セラミック
スが最適である。
Therefore, the vibrating section 16 may be made of a metal having high heat resistance or a material such as an enamel whose metal surface is coated with a ceramic material such as glass, but ceramics is most suitable.

【0102】振動部16を構成するセラミックスとして
は、例えば安定化された酸化ジルコニウム、酸化アルミ
ニウム、酸化マグネシウム、酸化チタン、スピネル、ム
ライト、窒化アルミニウム、窒化珪素、ガラス、これら
の混合物等を用いることができる。安定化された酸化ジ
ルコニウムは、振動部16の厚みが薄くても機械的強度
が高いこと、靭性が高いこと、圧電/電歪層20と一対
の電極22a及び22bとの化学反応性が小さいこと等
のため、特に好ましい。安定化された酸化ジルコニウム
とは、安定化酸化ジルコニウム及び部分安定化酸化ジル
コニウムを包含する。安定化された酸化ジルコニウムで
は、立方晶等の結晶構造をとるため、相転移を起こさな
い。
As the ceramics constituting the vibrating portion 16, for example, stabilized zirconium oxide, aluminum oxide, magnesium oxide, titanium oxide, spinel, mullite, aluminum nitride, silicon nitride, glass, a mixture thereof, or the like can be used. it can. The stabilized zirconium oxide has high mechanical strength even when the thickness of the vibrating portion 16 is small, high toughness, and low chemical reactivity between the piezoelectric / electrostrictive layer 20 and the pair of electrodes 22a and 22b. For example, it is particularly preferable. The stabilized zirconium oxide includes stabilized zirconium oxide and partially stabilized zirconium oxide. The stabilized zirconium oxide has a crystal structure such as a cubic system, so that no phase transition occurs.

【0103】一方、酸化ジルコニウムは、1000℃前
後で、単斜晶と正方晶とで相転移し、この相転移のとき
にクラックが発生する場合がある。安定化された酸化ジ
ルコニウムは、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸
化イットリウム、酸化スカンジウム、酸化イッテルビウ
ム、酸化セリウム又は希土類金属の酸化物等の安定化剤
を、1〜30モル%含有する。振動部16の機械的強度
を高めるために、安定化剤が酸化イットリウムを含有す
ることが好ましい。このとき、酸化イットリウムは、好
ましくは1.5〜6モル%含有し、更に好ましくは2〜
4モル%含有することであり、更に0.1〜5モル%の
酸化アルミニウムが含有されていることが好ましい。ま
た更に、0.1〜10モル%の酸化チタン又は0.1〜
10モル%の酸化アルミニウム+酸化チタンを含有させ
ることも、相対変位量の増大化及び圧電/電歪材料との
密着確保の点で好ましい。
On the other hand, zirconium oxide undergoes a phase transition between a monoclinic system and a tetragonal system at around 1000 ° C., and cracks may occur during this phase transition. The stabilized zirconium oxide contains 1 to 30 mol% of a stabilizer such as calcium oxide, magnesium oxide, yttrium oxide, scandium oxide, ytterbium oxide, cerium oxide or a rare earth metal oxide. In order to increase the mechanical strength of the vibrating section 16, the stabilizer preferably contains yttrium oxide. At this time, the content of yttrium oxide is preferably 1.5 to 6 mol%, more preferably 2 to 6 mol%.
4 mol%, and preferably 0.1 to 5 mol% aluminum oxide. Furthermore, 0.1 to 10 mol% of titanium oxide or 0.1 to 10 mol%
It is also preferable to contain 10 mol% of aluminum oxide + titanium oxide in view of increasing the relative displacement and ensuring close contact with the piezoelectric / electrostrictive material.

【0104】また、結晶相は、立方晶+単斜晶の混合
相、正方晶+単斜晶の混合相、立方晶+正方晶+単斜晶
の混合相などであってもよいが、中でも主たる結晶相
が、正方晶、又は正方晶+立方晶の混合相としたもの
が、強度、靭性、耐久性の観点から最も好ましい。
The crystal phase may be a mixed phase of cubic + monoclinic, a mixed phase of tetragonal + monoclinic, a mixed phase of cubic + tetragonal + monoclinic, etc. Those in which the main crystal phase is a tetragonal or a mixed phase of tetragonal and cubic are most preferable from the viewpoints of strength, toughness and durability.

【0105】振動部16がセラミックスからなるとき、
多数の結晶粒が振動部16を構成するが、振動部16の
機械的強度を高めるため、結晶粒の平均粒径は、0.0
5〜2μmであることが好ましく、0.1〜1μmであ
ることが更に好ましい。
When the vibrating part 16 is made of ceramics,
Although a large number of crystal grains constitute the vibrating section 16, the average grain size of the crystal grains is 0.0
It is preferably from 5 to 2 μm, more preferably from 0.1 to 1 μm.

【0106】固定部18は、セラミックスからなること
が好ましいが、振動部16の材料と同一のセラミックス
でもよいし、異なっていてもよい。固定部18を構成す
るセラミックスとしては、振動部16の材料と同様に、
例えば、安定化された酸化ジルコニウム、酸化アルミニ
ウム、酸化マグネシウム、酸化チタン、スピネル、ムラ
イト、窒化アルミニウム、窒化珪素、ガラス、これらの
混合物等を用いることができる。
The fixing portion 18 is preferably made of ceramics, but may be made of the same ceramics as the material of the vibrating portion 16 or may be different. As the ceramics constituting the fixed portion 18, similarly to the material of the vibrating portion 16,
For example, stabilized zirconium oxide, aluminum oxide, magnesium oxide, titanium oxide, spinel, mullite, aluminum nitride, silicon nitride, glass, a mixture thereof, or the like can be used.

【0107】特に、本実施の形態に係る圧電/電歪素子
で用いられる基体10は、酸化ジルコニウムを主成分と
する材料、酸化アルミニウムを主成分とする材料、又は
これらの混合物を主成分とする材料等が好適に採用され
る。その中でも、酸化ジルコニウムを主成分としたもの
が更に好ましい。なお、焼結助剤として粘土等を加える
こともあるが、酸化珪素、酸化ホウ素等のガラス化しや
すいものが過剰に含まれないように、助剤成分を調節す
る必要がある。なぜなら、これらガラス化しやすい材料
は、基体10と圧電/電歪層20とを接合させる上では
有利ではあるものの、基体10と圧電/電歪層20との
反応を促進し、所定の圧電/電歪層20の組成を維持す
ることが困難となり、その結果、素子特性を低下させる
原因となるからである。
In particular, the base 10 used in the piezoelectric / electrostrictive element according to the present embodiment is mainly made of a material mainly composed of zirconium oxide, a material mainly composed of aluminum oxide, or a mixture thereof. Materials and the like are suitably adopted. Among them, those containing zirconium oxide as a main component are more preferable. Clay or the like may be added as a sintering aid, but it is necessary to adjust the auxiliary component so as not to include excessively vitrified substances such as silicon oxide and boron oxide. This is because these materials that are easily vitrified are advantageous in joining the base 10 and the piezoelectric / electrostrictive layer 20, but promote the reaction between the base 10 and the piezoelectric / electrostrictive layer 20 and have a predetermined piezoelectric / electrostrictive layer. This is because it becomes difficult to maintain the composition of the strained layer 20, and as a result, the element characteristics are degraded.

【0108】即ち、基体10中の酸化珪素等は重量比で
3%以下、更に好ましくは1%以下となるように制限す
ることが好ましい。ここで、主成分とは、重量比で50
%以上の割合で存在する成分をいう。
That is, it is preferable that the weight ratio of silicon oxide and the like in the base 10 be 3% or less, more preferably 1% or less. Here, the main component is 50% by weight.
% Or more.

【0109】圧電/電歪層20の構成材料として、好適
には圧電性セラミックスを用いることができるが、電歪
セラミックス又は強誘電体セラミックスであってもよ
い。更にまた、セラミックスに限定されず、PVDF
(ポリフッ化ビニリデン)に代表される高分子からなる
圧電体ないしはこれら高分子とセラミックスの複合体で
あってもよい。
As the constituent material of the piezoelectric / electrostrictive layer 20, piezoelectric ceramics can be preferably used, but electrostrictive ceramics or ferroelectric ceramics may be used. Furthermore, not limited to ceramics, PVDF
A piezoelectric body composed of a polymer represented by (polyvinylidene fluoride) or a composite of these polymers and ceramics may be used.

【0110】アクチュエータ部本体24における膜状の
圧電/電歪層20を与える圧電/電歪材料としては、好
ましくは、ジルコン酸チタン酸鉛(PZT系)を主成分
とする材料、マグネシウムニオブ酸鉛(PMN系)を主
成分とする材料、ニッケルニオブ酸鉛(PNN系)を主
成分とする材料、マンガンニオブ酸鉛を主成分とする材
料、アンチモンスズ酸鉛を主成分とする材料、亜鉛ニオ
ブ酸鉛を主成分とする材料、チタン酸鉛を主成分とする
材料、マグネシウムタンタル酸鉛を主成分とする材料、
ニッケルタンタル酸鉛を主成分とする材料、更にはこれ
らの複合材料等が用いられる。
As the piezoelectric / electrostrictive material for providing the film-shaped piezoelectric / electrostrictive layer 20 in the actuator section main body 24, preferably, a material mainly composed of lead zirconate titanate (PZT), lead magnesium niobate (PMN-based) material, lead nickel niobate (PNN-based) material, lead manganese niobate-based material, lead antimony stannate-based material, zinc niobium Lead acid-based material, Lead titanate-based material, Magnesium lead tantalate-based material,
A material containing lead nickel tantalate as a main component, and a composite material thereof are used.

【0111】更に、これら圧電/電歪材料に、ランタ
ン、バリウム、ニオブ、亜鉛、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、タングステン、ニッケル、マンガン、リチウ
ム、ストロンチウム、ビスマス等の酸化物や、それらの
他の化合物を、添加物として含有させた材料、例えばP
LZT系となるように、前記材料に所定の添加物を適宜
に加えたものも、好適に使用される。
Further, lanthanum, barium, niobium, zinc, cerium, cadmium,
Materials containing oxides such as chromium, cobalt, antimony, iron, yttrium, tantalum, tungsten, nickel, manganese, lithium, strontium, bismuth, and other compounds as additives, such as P
A material obtained by appropriately adding a predetermined additive to the above material so as to be an LZT-based material is also suitably used.

【0112】そして、これらの圧電/電歪材料の中で
も、マグネシウムニオブ酸鉛とジルコン酸鉛とチタン酸
鉛とからなる成分を主成分とする材料、ニッケルニオブ
酸鉛とマグネシウムニオブ酸鉛とジルコン酸鉛とチタン
酸鉛とからなる成分を主成分とする材料、マグネシウム
ニオブ酸鉛とニッケルタンタル酸鉛とジルコン酸鉛とチ
タン酸鉛からなる成分を主成分とする材料、若しくはマ
グネシウムタンタル酸鉛とマグネシウムニオブ酸鉛とジ
ルコン酸鉛とチタン酸鉛とからなる成分を主成分とする
材料が有利に用いられ、スクリーン印刷等の厚膜形成法
で圧電/電歪層20を形成する場合の材料として推奨さ
れる。
Among these piezoelectric / electrostrictive materials, a material mainly composed of a component consisting of lead magnesium niobate, lead zirconate and lead titanate, lead nickel niobate, lead magnesium niobate and zirconate Material mainly composed of lead and lead titanate, material mainly composed of lead magnesium niobate, lead nickel tantalate, lead zirconate and lead titanate, or lead magnesium tantalate and magnesium A material mainly composed of components of lead niobate, lead zirconate and lead titanate is advantageously used, and is recommended as a material for forming the piezoelectric / electrostrictive layer 20 by a thick film forming method such as screen printing. Is done.

【0113】なお、多成分系圧電/電歪材料の場合、成
分の組成によって圧電/電歪特性が変化するが、本実施
の形態に係る圧電/電歪素子で好適に採用されるマグネ
シウムニオブ酸鉛−ジルコン酸鉛−チタン酸鉛の3成分
系材料や、マグネシウムニオブ酸鉛−ニッケルタンタル
酸鉛−ジルコン酸鉛−チタン酸鉛、並びにマグネシウム
タンタル酸鉛−マグネシウムニオブ酸鉛−ジルコン酸鉛
−チタン酸鉛の4成分系材料では、擬立方晶−正方晶−
菱面体晶の相境界付近の組成が好ましく、特にマグネシ
ウムニオブ酸鉛:15〜50モル%、ジルコン酸鉛:1
0〜45モル%、チタン酸鉛:30〜45モル%の組成
や、マグネシウムニオブ酸鉛:15〜50モル%、ニッ
ケルタンタル酸鉛:10〜40%、ジルコン酸鉛:10
〜45モル%、チタン酸鉛:30〜45モル%の組成、
更にはマグネシウムニオブ酸鉛:15〜50モル%、マ
グネシウムタンタル酸鉛:10〜40モル%、ジルコン
酸鉛:10〜45モル%、チタン酸鉛:30〜45モル
%の組成が、高い圧電定数と電気機械結合係数を有する
ことから、有利に採用される。
In the case of a multi-component piezoelectric / electrostrictive material, although the piezoelectric / electrostrictive characteristics change depending on the composition of the components, magnesium niobate which is suitably employed in the piezoelectric / electrostrictive element according to the present embodiment is preferred. Three component materials of lead-lead zirconate-lead titanate, lead magnesium niobate-lead nickel tantalate-lead zirconate-lead titanate, and lead magnesium tantalate-lead magnesium niobate-lead zirconate-titanium In the quaternary material of lead acid, pseudo-cubic-tetragonal-
A composition near a rhombohedral phase boundary is preferable, and in particular, lead magnesium niobate: 15 to 50 mol%, lead zirconate: 1
0 to 45 mol%, lead titanate: 30 to 45 mol%, lead magnesium niobate: 15 to 50 mol%, lead nickel tantalate: 10 to 40%, lead zirconate: 10
~ 45 mol%, lead titanate: composition of 30 ~ 45 mol%,
Further, the composition of lead magnesium niobate: 15 to 50 mol%, lead magnesium tantalate: 10 to 40 mol%, lead zirconate: 10 to 45 mol%, and lead titanate: 30 to 45 mol% has a high piezoelectric constant. Is advantageously employed because it has an electromechanical coupling coefficient.

【0114】圧電/電歪層20は、緻密であっても、多
孔質であってもよく、多孔質の場合、その気孔率は40
%以下であることが好ましい。
[0114] The piezoelectric / electrostrictive layer 20 may be dense or porous.
% Is preferable.

【0115】そして、前記基体10における振動部16
の厚みと該振動部16上に形成される圧電/電歪層20
の厚みは、同次元の厚みであることが好ましい。なぜな
ら、振動部16の厚みが極端に(1桁以上異なる場
合)、圧電/電歪層20の厚みより厚くなると、圧電/
電歪層20の焼成収縮に対して、振動部16がその収縮
を妨げるように働くため、圧電/電歪層20と基体10
との界面での応力が大きくなり、はがれ易くなる。反対
に、厚みの次元が同程度であれば、圧電/電歪層20の
焼成収縮に基体10(振動部16)が追従し易くなるた
め、一体化には好適である。具体的には、振動部16の
厚みは、1〜50μmであることが好ましく、3〜50
μmが更に好ましく、3〜20μmが更になお好まし
い。一方、圧電/電歪層20は、その厚みとして1〜1
00μmが好ましく、3〜50μmが更に好ましく、5
〜40μmが更になお好ましい。
The vibrating section 16 of the base 10
Thickness of the piezoelectric / electrostrictive layer 20 formed on the vibrating part 16
Is preferably the same thickness. This is because if the thickness of the vibrating portion 16 is extremely large (if it differs by one digit or more) and becomes larger than the thickness of the piezoelectric / electrostrictive layer 20, the
Since the vibrating portion 16 acts to prevent shrinkage of the electrostrictive layer 20 during firing, the piezoelectric / electrostrictive layer 20 and the base 10
The stress at the interface with the substrate increases, making it easier to peel off. Conversely, if the thickness dimension is substantially the same, the base 10 (vibrating portion 16) can easily follow the firing shrinkage of the piezoelectric / electrostrictive layer 20, which is suitable for integration. Specifically, the thickness of the vibrating section 16 is preferably 1 to 50 μm, and 3 to 50 μm.
μm is more preferred, and 3-20 μm is even more preferred. On the other hand, the piezoelectric / electrostrictive layer 20 has a thickness of 1 to 1
00 μm is preferable, and 3 to 50 μm is more preferable.
Even more preferred is 4040 μm.

【0116】前記圧電/電歪層20上に形成される一対
の電極22a及び22bは、用途に応じて適宜な厚さと
するが、0.01〜50μmの厚さであることが好まし
く、0.1〜5μmが更に好ましい。また、前記一対の
電極22a及び22b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。これらの元素が任意の組み合わせで含有されていて
もよいことはいうまでもない。
The pair of electrodes 22a and 22b formed on the piezoelectric / electrostrictive layer 20 has an appropriate thickness depending on the application, but preferably has a thickness of 0.01 to 50 μm. 1-5 μm is more preferred. Preferably, the pair of electrodes 22a and 22b are solid at room temperature and made of a conductive metal. For example, aluminum, titanium, chromium, iron, cobalt, nickel,
Copper, zinc, niobium, molybdenum, ruthenium, rhodium, silver, tin, tantalum, tungsten, iridium,
A metal simple substance or alloy containing platinum, gold, lead and the like can be mentioned. Needless to say, these elements may be contained in any combination.

【0117】次に、本実施の形態に係る圧電/電歪素子
の製造方法を説明する。振動部16及び固定部18を含
む基体10は、グリーンシート又はグリーンテープであ
る成形層を熱圧着等で積層し、次いで焼成することで一
体化することができる。例えば、図1の基体10では、
2層のグリーンシート又はグリーンテープを積層する
が、その第2層に凹部14となる所定形状の貫通孔を積
層前に予め設けておけばよい。
Next, a method for manufacturing the piezoelectric / electrostrictive element according to the present embodiment will be described. The base body 10 including the vibrating part 16 and the fixing part 18 can be integrated by laminating formed layers, which are green sheets or green tapes, by thermocompression bonding or the like, and then firing. For example, in the base 10 of FIG.
Two layers of green sheets or green tapes are laminated, and a through hole of a predetermined shape serving as the concave portion 14 may be provided in the second layer before lamination.

【0118】また、成形型を用いる加圧成形、鋳込み成
形、射出成形等によって、成形層を作製し、切削、研削
加工、レーザ加工、プレス加工による打ち抜き等の機械
加工により、凹部14等を設けてもよい。図1では、2
層構造となっているが、第3層、第4層として、基体1
0の剛性を向上させたり、裏面配線板として使用する層
を同時に積層して形成してもよい。
Further, a molded layer is formed by pressure molding using a molding die, casting molding, injection molding or the like, and the concave portion 14 or the like is provided by machining such as cutting, grinding, laser processing, or punching by press working. You may. In FIG. 1, 2
Although it has a layer structure, the base 1
It may be formed by simultaneously increasing the rigidity of 0 or by simultaneously laminating layers used as a back wiring board.

【0119】次に、前記基体10の振動部16上にアク
チュエータ部本体24を形成する。この場合、金型を用
いたプレス成形法又はスラリー原料を用いたテープ成形
法等によって圧電/電歪層20を成形し、この焼成前の
圧電/電歪層20を焼成前の基体10における振動部1
6上に熱圧着で積層し、同時に焼成して、基体10の振
動部16上に圧電/電歪層20を形成する方法と、以下
に示す膜形成法とがある。
Next, the actuator section main body 24 is formed on the vibrating section 16 of the base 10. In this case, the piezoelectric / electrostrictive layer 20 is formed by a press forming method using a mold or a tape forming method using a slurry raw material, and the piezoelectric / electrostrictive layer 20 before firing is vibrated in the base 10 before firing. Part 1
The piezoelectric / electrostrictive layer 20 is formed on the vibrating portion 16 of the substrate 10 by laminating the piezoelectric / electrostrictive layer on the vibrating part 16 of the base 10 by thermocompression bonding, and the following film forming method.

【0120】膜形成法は、振動部16上に圧電/電歪層
20と一対の電極22a及び22bをこの順序で積層す
る方法であるが、例えば、スクリーン印刷のような厚膜
法、ディッピング等の塗布法、イオンビーム、スパッタ
リング、真空蒸着、イオンプレーティング、化学蒸着法
(CVD)、メッキ等の薄膜法等が適宜用いられる。一
対の電極22a及び22bにつながる配線(垂直選択線
48及び信号線50:図21参照)や端子パッドの形成
も前記厚膜法や薄膜法が用いられる。
The film forming method is a method of laminating the piezoelectric / electrostrictive layer 20 and the pair of electrodes 22a and 22b on the vibrating portion 16 in this order. For example, a thick film method such as screen printing, dipping, etc. Coating method, ion beam, sputtering, vacuum evaporation, ion plating, chemical vapor deposition (CVD), thin film method such as plating and the like are appropriately used. The wiring (the vertical selection line 48 and the signal line 50: see FIG. 21) connected to the pair of electrodes 22a and 22b and the terminal pads are also formed by the thick film method or the thin film method.

【0121】本実施の形態に係る圧電/電歪素子は、そ
の一例として、例えば以下のような製法が採用される。
まず、基体10の振動部16上にスクリーン印刷法によ
って圧電/電歪層20を形成する。その後、焼成を行っ
て、基体10の振動部16上に圧電/電歪層20を接合
する。この場合、基体10と圧電/電歪層20との接合
性を向上させて、これら基体10と圧電/電歪層20と
の一体化を有利にするには、圧電/電歪層20に対する
焼成を圧電/電歪材料の雰囲気下において密閉容器内で
実施することが好ましい。更に好ましくは、雰囲気濃度
は高くすることが望ましい。
As an example of the piezoelectric / electrostrictive element according to the present embodiment, for example, the following manufacturing method is adopted.
First, the piezoelectric / electrostrictive layer 20 is formed on the vibrating part 16 of the base 10 by a screen printing method. Thereafter, firing is performed to join the piezoelectric / electrostrictive layer 20 on the vibrating portion 16 of the base 10. In this case, in order to improve the bondability between the base 10 and the piezoelectric / electrostrictive layer 20 and to advantageously integrate the base 10 and the piezoelectric / electrostrictive layer 20, it is necessary to fire the piezoelectric / electrostrictive layer 20. Is preferably performed in a closed container under an atmosphere of a piezoelectric / electrostrictive material. More preferably, it is desirable to increase the atmospheric concentration.

【0122】雰囲気焼成は次の方法等により行われる。 (1) 圧電/電歪材料と同成分系の粉末を蒸発源として一
緒に密閉容器内に置く。 (2) 圧電/電歪材料の組成として、鉛成分を予め過剰と
する。 (3) 圧電/電歪材料の板をセッターとして使用する。
The firing in the atmosphere is performed by the following method or the like. (1) A powder having the same composition as the piezoelectric / electrostrictive material is placed together in an airtight container as an evaporation source. (2) A lead component is excessively added in advance as a composition of the piezoelectric / electrostrictive material. (3) A piezoelectric / electrostrictive material plate is used as a setter.

【0123】また、焼成温度は、900〜1400℃が
好ましく、更に好ましくは1100〜1400℃が望ま
しい。
The firing temperature is preferably from 900 to 1400 ° C., more preferably from 1100 to 1400 ° C.

【0124】前記基体10と圧電/電歪層20との接合
が終了した後、一対の電極22a及び22bを含む配線
層をスクリーン印刷にて積層する。この配線層のパター
ンは、例えば図21に示すように、垂直選択線48のパ
ターン、信号線50のパターン及び電極パターンであっ
て、電極パターンは、この段階(スクリーン印刷段階)
では図4に示すような渦巻き形状や図5に示すような多
枝形状ではなく、単に円形状とされた状態である。
After the joining of the base 10 and the piezoelectric / electrostrictive layer 20 is completed, a wiring layer including a pair of electrodes 22a and 22b is laminated by screen printing. The pattern of the wiring layer is, for example, as shown in FIG. 21, the pattern of the vertical selection line 48, the pattern of the signal line 50, and the electrode pattern.
In this case, the shape is not a spiral shape as shown in FIG. 4 or a multi-branched shape as shown in FIG. 5, but is simply a circular shape.

【0125】その後、例えばエキシマレーザによって円
形状の電極パターンの所要箇所を蒸発させることによ
り、図4に示すような渦巻き形状や図5に示すような多
枝形状にパターニングして一対の電極22a及び22b
とする。
Thereafter, a desired portion of the circular electrode pattern is evaporated by, for example, an excimer laser, so as to be patterned into a spiral shape as shown in FIG. 4 or a multi-branched shape as shown in FIG. 22b
And

【0126】前記エキシマレーザによるパターニングが
終了した後、熱処理することにより、基体10上へのア
クチュエータ部本体24の形成が終了する。なお、薄膜
法により、一対の電極22a及び22bを形成する場合
においては、必ずしも前記熱処理は必要としない。
After the patterning by the excimer laser is completed, a heat treatment is performed to complete the formation of the actuator section main body 24 on the base 10. In the case where the pair of electrodes 22a and 22b are formed by a thin film method, the heat treatment is not necessarily required.

【0127】[0127]

【実施例】次に、本実施の形態に係る圧電/電歪素子を
表示装置に適用した実施例に係る表示装置について説明
する。なお、図1と対応するものについては同符号を付
してその重複説明を省略する。
Next, a display device according to an example in which the piezoelectric / electrostrictive element according to the present embodiment is applied to a display device will be described. Components corresponding to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

【0128】この実施例に係る表示装置は、図20に示
すように、光40が導入される光導波板42と、該光導
波板42の背面に対向して設けられ、かつ多数のアクチ
ュエータ部12が画素に対応して配列された駆動部44
を有して構成されている。
As shown in FIG. 20, the display device according to this embodiment is provided with an optical waveguide plate 42 into which light 40 is introduced, and a plurality of actuator units provided opposite to the rear surface of the optical waveguide plate 42. 12 is a drive unit 44 arranged corresponding to pixels
Is configured.

【0129】光導波板42は、その前面及び背面が平
坦、かつ、平滑であり、内部に導入された光が前面及び
背面において該光導波板42の外部に透過せずに全反射
するような光屈折率を有するものであり、可視光波長領
域での透過率が均一で、かつ高いものであることが必要
である。このような特性を具備するものであれば、特に
その材質は制限されないが、具体的には、例えば、ガラ
ス、石英、アクリル等の透光性プラスチック、透光性セ
ラミックスなど、あるいは異なる屈折率を有する材料の
複数層構造体、又は表面にコーティング層を設けたもの
が一般的なものとして挙げられる。
The optical waveguide plate 42 has a flat and smooth front and rear surface, and is such that light introduced therein is totally reflected at the front and rear surfaces without transmitting to the outside of the optical waveguide plate 42. It is necessary to have a light refractive index and a uniform and high transmittance in a visible light wavelength region. The material is not particularly limited as long as it has such characteristics. Specifically, for example, glass, quartz, a light-transmitting plastic such as acrylic, a light-transmitting ceramic, or a material having a different refractive index. A general structure includes a multi-layered structure of a material having the same or a structure provided with a coating layer on the surface.

【0130】駆動部44は、例えばセラミックスにて構
成された基体10を有し、該基体10の各画素に応じた
位置にアクチュエータ部12が配設されている。前記基
体10は、一主面が光導波板42の背面に対向するよう
に配置されており、該一主面は連続した面(面一)とさ
れ、その他主面は、各画素に対応した位置にそれぞれ凹
部14を有する。
The drive section 44 has a base 10 made of, for example, ceramics, and the actuator section 12 is disposed at a position corresponding to each pixel of the base 10. The base 10 is disposed such that one main surface is opposed to the back surface of the optical waveguide plate 42, the one main surface is a continuous surface (one surface), and the other main surface corresponds to each pixel. Each position has a recess 14.

【0131】各アクチュエータ部12上には、光導波板
42との接触面積を大きくして画素に応じた面積にする
変位伝達部46が接続されている。この変位伝達部46
は、実質的な発光面積を規定する板部材46aとアクチ
ュエータ部12の変位を板部材46aに伝達するための
変位伝達部材46bを有する。
A displacement transmitting section 46 is connected on each actuator section 12 to increase the area of contact with the optical waveguide plate 42 so as to have an area corresponding to the pixel. This displacement transmitting section 46
Has a plate member 46a for defining a substantial light emitting area and a displacement transmitting member 46b for transmitting the displacement of the actuator section 12 to the plate member 46a.

【0132】この変位伝達部材46bは、アクチュエー
タ部12の変位を直接光導波板42に伝達できる程度の
硬度を有するものが好ましい。従って、上記変位伝達部
材46bの材質としては、ゴム、有機樹脂、有機樹脂フ
イルム、有機接着フイルム、ガラス等が好ましいものと
して挙げられるが、電極層そのものあるいは圧電体ない
しは上述したセラミックス等の材質であってもかまわな
い。最も好ましくは、エポキシ系、ポリフェニレンサル
ファイド系、ポリエステル系、ポリイミド系、アクリル
系、シリコーン系、ポリオレフィン系等の有機樹脂又は
有機接着フィルムがよい。更に、これらの材料にフィラ
ーを混ぜて硬化収縮や膨張を抑制することも有効であ
る。
The displacement transmitting member 46b preferably has such a hardness that the displacement of the actuator section 12 can be transmitted directly to the optical waveguide plate 42. Accordingly, as a material of the displacement transmitting member 46b, rubber, an organic resin, an organic resin film, an organic adhesive film, glass or the like is preferable. However, the material such as the electrode layer itself or a piezoelectric material or the above-mentioned ceramics is preferable. It doesn't matter. Most preferably, an organic resin or an organic adhesive film such as an epoxy-based, polyphenylene sulfide-based, polyester-based, polyimide-based, acrylic-based, silicone-based, or polyolefin-based resin is used. It is also effective to mix fillers with these materials to suppress curing shrinkage and expansion.

【0133】板部材46aの材質としては、前記変位伝
達部材46bの材料のほか、エポキシ系、アクリル系、
シリコーン系等の有機樹脂に高屈折率を有するセラミッ
クス粉末、例えばジルコニア粉末、チタニア粉末、酸化
鉛粉末、それらの混合粉末等を高分散させた材料が、発
光効率、平坦性維持の点で望ましい。このときのセラミ
ック粉末の平均粒子径は、1μm以下が望ましく、0.
5μm以下が更に望ましい。この場合、樹脂重量:セラ
ミック粉末重量=1:(0.1〜10)がよい。更に、
前記組成に平均粒径0.5〜10μmのガラス粉末をセ
ラミック粉末に対して、体積比で、1:(0.1〜1.
0){=セラミックス粉末:ガラス粉末}の割合で添加
すると、光導波板42の面との接触性、離型性が改良さ
れるため好ましい。
As the material of the plate member 46a, in addition to the material of the displacement transmitting member 46b, epoxy-based, acrylic-based,
A material obtained by highly dispersing a ceramic powder having a high refractive index in an organic resin such as a silicone resin, for example, a zirconia powder, a titania powder, a lead oxide powder, a mixed powder thereof, or the like is desirable from the viewpoint of maintaining luminous efficiency and flatness. At this time, the average particle diameter of the ceramic powder is desirably 1 μm or less.
5 μm or less is more desirable. In this case, the weight of the resin: the weight of the ceramic powder = 1: (0.1 to 10) is preferable. Furthermore,
In the above composition, glass powder having an average particle size of 0.5 to 10 μm was added to the ceramic powder in a volume ratio of 1: (0.1 to 1.
0) It is preferable to add {= ceramic powder: glass powder} because the contact property with the surface of the optical waveguide plate 42 and the releasability are improved.

【0134】変位伝達部46の板部材46aは、光導波
板42と接触する部分(面)の平坦度、平滑度(Ra)
が、アクチュエータ部12の変位量に比較して十分小さ
くすることが好ましく、具体的には、1μm以下、更に
好ましくは0.5μm、特に好ましくは0.1μm以下
である。但し、変位伝達部46の光導波板42と接触す
る部分(面)の平坦度は、変位伝達部46が光導波板4
2に接触した状態での隙間を減ずるために重要であっ
て、接触した状態で当該接触部分が変形するものであれ
ば上記平坦度に必ずしも限定されるものではない。
The plate member 46a of the displacement transmitting section 46 has a flatness and a smoothness (Ra) of a portion (surface) in contact with the optical waveguide plate 42.
However, it is preferable to make the displacement amount sufficiently smaller than the displacement amount of the actuator section 12, specifically, 1 μm or less, more preferably 0.5 μm, and particularly preferably 0.1 μm or less. However, the flatness of the portion (surface) of the displacement transmitting section 46 that comes into contact with the optical waveguide plate 42 depends on whether the displacement transmitting section 46
It is important to reduce the gap in the state of contact with No. 2, and the flatness is not necessarily limited as long as the contact portion deforms in the state of contact.

【0135】前記変位伝達部46のアクチュエータ部本
体24への接続は、変位伝達部46として上述した材料
を使用する場合にあっては、この変位伝達部46を接着
剤を使って積層するか、上述した材料の溶液、ペースト
ないしスラリーをコーティングする等の方法によりアク
チュエータ部本体24の上部に形成するにことにより行
えばよい。変位伝達部材46bと板部材46aは同一材
料で、一体形成してもよい。即ち、変位伝達部46とし
て、変位伝達部材46bと板部材46aの機能を併せ持
たせるようにしてもよい。
When the above-described material is used for the displacement transmitting section 46, the displacement transmitting section 46 is connected to the actuator section main body 24 by laminating the displacement transmitting section 46 using an adhesive. It may be performed by forming the above-mentioned solution, paste or slurry on the upper part of the actuator unit main body 24 by a method such as coating. The displacement transmitting member 46b and the plate member 46a may be made of the same material and integrally formed. That is, the displacement transmitting section 46 may have both functions of the displacement transmitting member 46b and the plate member 46a.

【0136】そして、各電極22a及び22bに通じる
配線は、図21に示すように、多数の画素の行数に応じ
た本数の垂直選択線48と、多数の画素の列数に応じた
本数の信号線50とを有する。
As shown in FIG. 21, the wiring leading to each of the electrodes 22a and 22b has a number of vertical selection lines 48 corresponding to the number of rows of many pixels and a number of lines corresponding to the number of columns of many pixels. And a signal line 50.

【0137】各垂直選択線48は、各画素(アクチュエ
ータ部)12における一方の電極22aに電気的に接続
され、各信号線50は、各画素12の他方の電極22b
に電気的に接続されている。
Each vertical selection line 48 is electrically connected to one electrode 22a of each pixel (actuator section) 12, and each signal line 50 is connected to the other electrode 22b of each pixel 12.
Is electrically connected to

【0138】また、前記各垂直選択線48は、前列の画
素12に関する一方の電極22aから導出されて当該画
素12に関する一方の電極22aに接続されて、1つの
行に関し、シリーズに配線された形となっている。
Each of the vertical selection lines 48 is derived from one electrode 22a for the pixel 12 in the preceding column, connected to one electrode 22a for the pixel 12, and wired in series for one row. It has become.

【0139】信号線50は、列方向に延びる本線50a
と該本線50aから分岐して各画素12の他方の電極2
2bに接続される支線50bからなる。各垂直選択線4
8への電圧信号の供給は、図示しない配線基板(基体1
0の他主面に貼り合わされている)からスルーホール5
2を通じて行われ、各信号線50への電圧信号の供給
も、図示しない前記配線基板からスルーホール54を通
じて行われるようになっている。
The signal line 50 has a main line 50a extending in the column direction.
And the other electrode 2 of each pixel 12 branched from the main line 50a.
It consists of a branch line 50b connected to 2b. Each vertical selection line 4
8 is supplied to a wiring board (not shown)
0 is attached to the other main surface) to through-hole 5
2, and the supply of the voltage signal to each signal line 50 is also performed through the through hole 54 from the wiring board (not shown).

【0140】スルーホール52及び54の配置パターン
としては種々のものが考えられるが、図21の例では、
垂直選択線48のスルーホール52は、行数をM、列数
をNとしたとき、N=M又はN>Mの場合においては、
n行n列(n=1,2・・・)の画素の近傍で、かつ
(n−1)列の信号線(本線)寄りの位置に形成され、
N<Mの場合においては、(αN+n)行n列(α=
0,1・・・(M/Nの商−1))の画素の近傍で、か
つ(n−1)列の信号線(本線)寄りの位置に形成され
る。
Although various arrangement patterns of the through holes 52 and 54 are conceivable, in the example of FIG.
When the number of rows is M and the number of columns is N, the through-hole 52 of the vertical selection line 48 has N = M or N> M.
are formed in the vicinity of pixels of n rows and n columns (n = 1, 2,...) and near signal lines (main lines) of (n−1) columns;
In the case of N <M, (αN + n) rows and n columns (α =
0, 1... (Quotient of M / N-1)) and near the signal line (main line) in the (n-1) th column.

【0141】一方、信号線50のスルーホール54は、
N=M又はN<Mの場合においては、各信号線50の本
線50a上であって、かつn行n列(n=1,2・・
・)の画素12に近接する位置に形成され、N>Mの場
合においては、各信号線50の本線50a上であって、
かつn行(βM+n)列(β=0,1・・・(N/Mの
商−1))の画素12に近接する位置に形成される。ま
た、垂直選択線48のスルーホール52は、信号線50
の場合と異なって、垂直選択線48上に形成されないた
め、スルーホール52と一方の電極22a間にそれらの
電気的導通を図るための中継導体56が形成される。
On the other hand, the through hole 54 of the signal line 50 is
In the case of N = M or N <M, it is on the main line 50a of each signal line 50 and n rows and n columns (n = 1, 2,...)
) Is formed at a position close to the pixel 12, and when N> M, on the main line 50 a of each signal line 50,
In addition, it is formed at a position close to the pixel 12 of n rows (βM + n) columns (β = 0, 1... (N / M quotient−1)). The through hole 52 of the vertical selection line 48 is connected to the signal line 50.
Unlike in the case of (1), since it is not formed on the vertical selection line 48, a relay conductor 56 is formed between the through-hole 52 and one of the electrodes 22a for electrical conduction therebetween.

【0142】なお、各垂直選択線48と各信号線50と
が交差する部分には、互いの配線48及び50間の絶縁
をとるためにシリコン酸化膜、ガラス膜、樹脂膜等から
なる絶縁膜58(二点鎖線で示す)が介在されている。
At the intersection of each vertical select line 48 and each signal line 50, an insulating film made of a silicon oxide film, a glass film, a resin film or the like is used to insulate the wirings 48 and 50 from each other. 58 (indicated by a two-dot chain line).

【0143】前記一対の電極22a及び22bの平面形
状としては、渦巻き状(図4参照)、多枝形状(図5参
照)があり、前記振動部16の平面形状、圧電/電歪層
20の平面形状並びに一対の電極22a及び22bにて
形づくられる外周形状としては、図21に示す円形状の
ほか、図22及び図23に示す長円形状や図24に示す
楕円形状がある。
The planar shape of the pair of electrodes 22a and 22b includes a spiral shape (see FIG. 4) and a multi-branched shape (see FIG. 5). The planar shape of the vibrating portion 16 and the piezoelectric / electrostrictive layer 20 As the planar shape and the outer peripheral shape formed by the pair of electrodes 22a and 22b, in addition to the circular shape shown in FIG. 21, there are an oval shape shown in FIGS. 22 and 23 and an elliptical shape shown in FIG.

【0144】また、図25に示すように、振動部16の
平面形状及び圧電/電歪層20の平面形状を共に矩形状
とし、コーナー部が角のとれた形状や、図26に示すよ
うに、振動部16の平面形状及び圧電/電歪層20の平
面形状を共に多角形状(例えば八角形状)とし、各頂角
部分が丸みを帯びた形状とすることが好ましい。
Further, as shown in FIG. 25, the planar shape of the vibrating portion 16 and the planar shape of the piezoelectric / electrostrictive layer 20 are both rectangular, and the corners are rounded, as shown in FIG. Preferably, both the planar shape of the vibrating section 16 and the planar shape of the piezoelectric / electrostrictive layer 20 are polygonal (for example, octagonal), and each vertex is preferably rounded.

【0145】また、振動部16の形状、圧電/電歪層2
0の平面形状、一対の電極22a及び22bにて形づく
られる外周形状は、円と楕円の組み合わせでもよいし、
矩形状と楕円の組み合わせでもよく、特に限定されるも
のではない。
The shape of the vibrating portion 16 and the piezoelectric / electrostrictive layer 2
0, the outer peripheral shape formed by the pair of electrodes 22a and 22b may be a combination of a circle and an ellipse,
A combination of a rectangle and an ellipse may be used, and there is no particular limitation.

【0146】図21の例では、基体10上での各アクチ
ュエータ部(画素)12の配置をマトリクス状とした例
を示したが、その他、図24に示すように、各行に対し
て画素(アクチュエータ部)12を千鳥状に配置するよ
うにしてもよい。
In the example of FIG. 21, the arrangement of the actuator units (pixels) 12 on the base 10 is shown as a matrix, but in addition, as shown in FIG. The parts 12 may be arranged in a staggered manner.

【0147】この図24の配置パターンの場合は、各行
に関するアクチュエータ部(画素)12の配置が千鳥状
となることから、各行に関し、それぞれ垂直選択線48
を結ぶライン(一点鎖線aで示す)はジグザグ状とされ
る。信号線50は、図示しない配線基板において、破線
bに示すように、前記千鳥状に配される画素12のう
ち、例えば垂直方向上側に位置する画素(アクチュエー
タ部)12に対応する箇所に2本の信号線50を互いに
近接させて配線したパターンを有する。
In the case of the arrangement pattern shown in FIG. 24, since the arrangement of the actuator units (pixels) 12 in each row is staggered, the vertical selection lines 48 are provided in each row.
(Indicated by a dashed line a) are zigzag. As shown by a broken line b, two signal lines 50 are provided at positions corresponding to, for example, pixels (actuator portions) 12 located vertically above the pixels 12 arranged in a zigzag pattern on a wiring board (not shown). Are arranged close to each other.

【0148】そして、図24上、千鳥状に配される画素
のうち、例えば垂直方向上側に位置する画素(アクチュ
エータ部)12の他方の電極22bが、前記互いに近接
する2本の信号線50及び50のうち、右側の信号線5
0と中継導体60及びスルーホール62を通じて電気的
に接続され、垂直方向下側に位置する画素(アクチュエ
ータ部)12の他方の電極22bが、前記互いに近接す
る2本の信号線50及び50のうち、左側の信号線50
と中継導体64及びスルーホール66を通じて電気的に
接続される。
In FIG. 24, among the pixels arranged in a zigzag pattern, for example, the other electrode 22b of the pixel (actuator section) 12 located on the upper side in the vertical direction is connected to the two signal lines 50 and 50, the right signal line 5
0 through the relay conductor 60 and the through hole 62, and the other electrode 22b of the pixel (actuator section) 12 located on the lower side in the vertical direction is connected to the two signal lines 50 and 50 close to each other. , Left signal line 50
Is electrically connected to the relay conductor 64 and the through hole 66.

【0149】次に、前記実施例に係る表示装置の動作に
ついて説明するが、最初に、各アクチュエータ部12で
の動作を説明し、次いで、表示装置自体の動作を説明す
る。
Next, the operation of the display device according to the above embodiment will be described. First, the operation of each actuator section 12 will be described, and then the operation of the display device itself will be described.

【0150】まず、図20に示す本実施例に係る表示装
置について、その駆動とは別に各画素(アクチュエータ
部)12に対して分極処理(初期分極処理)を行う。こ
の初期分極処理は、アクチュエータとして使用する電界
の使用範囲(例えば図10において+3E〜−3Eの範
囲)を超えた電界(+5E)を例えば7時間、適度な温
度下において印加することにより行われる。これによっ
て、各画素における圧電/電歪層20は、加えられた電
界と同じ方向に分極処理される。
First, in the display device according to the present embodiment shown in FIG. 20, a polarization process (initial polarization process) is performed on each pixel (actuator section) 12 separately from its driving. This initial polarization process is performed by applying an electric field (+ 5E) exceeding the range of use of the electric field used as the actuator (for example, the range of + 3E to −3E in FIG. 10) for, for example, 7 hours at an appropriate temperature. Thereby, the piezoelectric / electrostrictive layer 20 in each pixel is polarized in the same direction as the applied electric field.

【0151】全ての画素について、初期分極処理が終了
した段階で、一対の電極22a及び22b間への電圧印
加を停止して電圧無負荷状態とする。
At the stage where the initial polarization process is completed for all the pixels, the application of the voltage between the pair of electrodes 22a and 22b is stopped to bring the voltage into a no-load state.

【0152】そして、表示装置に対する駆動において
は、画素12に対して基本的に3つの動作(ON選択、
OFF選択、非選択)を行わせることによって画像表示
するようになっている。
In driving the display device, there are basically three operations (ON selection,
(OFF selection, non-selection) to display an image.

【0153】ON選択は、図27Aに示すように、所定
の選択期間Tsにおいて、画素12の一対の電極22a
及び22bに電圧Vaを印加して、一対の電極22a及
び22b間に負方向の電界Ea(図10B参照)を発生
させることにより行われる。OFF選択は、図27Bに
示すように、所定の選択期間Tsにおいて、画素12の
一対の電極22a及び22bに電圧Vdを印加して、一
対の電極22a及び22b間に負方向又は正方向の電界
Ed(図10B参照)を発生させることにより行われ
る。
In the ON selection, as shown in FIG. 27A, during a predetermined selection period Ts, a pair of electrodes 22a of the pixel 12
And 22b by applying a voltage Va to generate a negative electric field Ea (see FIG. 10B) between the pair of electrodes 22a and 22b. In the OFF selection, as shown in FIG. 27B, during a predetermined selection period Ts, a voltage Vd is applied to the pair of electrodes 22a and 22b of the pixel 12, and a negative or positive electric field is applied between the pair of electrodes 22a and 22b. This is done by generating Ed (see FIG. 10B).

【0154】非選択は、図27A又は図27Bに示すよ
うに、選択期間Ts以外の期間(非選択期間Ta)にお
いて、画素の一対の電極22a及び22bに電圧Vf又
はVgを印加して、一対の電極22a及び22b間に正
方向の電界Ef又はEg(図10B参照)を発生させる
ことにより行われる。この非選択期間Taにおいては、
初期分極処理と同様に正方向の電界が発生することか
ら、非選択状態とされた画素の圧電/電歪層20は分極
処理に準じた処理(便宜的に再分極処理と記す)が行わ
れる。
In the non-selection, as shown in FIG. 27A or FIG. 27B, in a period other than the selection period Ts (non-selection period Ta), the voltage Vf or Vg is applied to the pair of electrodes 22a and 22b of the pixel, and By generating a positive electric field Ef or Eg (see FIG. 10B) between the electrodes 22a and 22b. In this non-selection period Ta,
Since an electric field in the positive direction is generated similarly to the initial polarization processing, the piezoelectric / electrostrictive layer 20 of the pixel in the non-selected state is subjected to the processing according to the polarization processing (referred to as repolarization processing for convenience). .

【0155】本実施例に係る表示装置の駆動動作につい
て具体的に説明すると、表示装置への画像信号の入力に
基づいて、例えばシフトレジスタにて構成された垂直シ
フト回路による垂直選択線48への電位供給に従って、
1水平走査期間毎に、例えば1行目、2行目、・・・n
行目というように1行ずつ画素群が選択されていくが、
選択された行のうち、ON選択すべき画素12に関する
信号線50に対して、例えばシフトレジスタにて構成さ
れた水平シフト回路から所定の選択期間Tsにわたって
電位供給が行われる。
The driving operation of the display device according to the present embodiment will be specifically described. Based on the input of an image signal to the display device, for example, a vertical shift circuit constituted by a shift register is applied to a vertical selection line 48. According to the potential supply,
For each horizontal scanning period, for example, the first row, the second row,.
Pixel groups are selected line by line as in the row.
In the selected row, a potential is supplied to the signal line 50 related to the pixel 12 to be turned on from a horizontal shift circuit formed of, for example, a shift register for a predetermined selection period Ts.

【0156】その結果、垂直シフト回路と水平シフト回
路によってON選択された画素12は、その一方の電極
22aに負の所定電位が印加され、他方の電極22bに
正の電位が印加されて、一対の電極22a及び22b間
の電圧が負方向の所定電圧Va(図27A参照)とされ
る。
As a result, in the pixel 12 selected ON by the vertical shift circuit and the horizontal shift circuit, a predetermined negative potential is applied to one electrode 22a, and a positive potential is applied to the other electrode 22b. The voltage between the electrodes 22a and 22b is a predetermined negative voltage Va (see FIG. 27A).

【0157】このとき、図10B及び図13Aに示すよ
うに、例えば一対の電極22a及び22b間には負方向
の電界Ea(例えば−3E:初期分極処理や非選択時の
電界とは逆方向の電界)が発生し、当該画素におけるア
クチュエータ部12は、約2.6Δyほど一方向に変位
する。
At this time, as shown in FIGS. 10B and 13A, for example, a negative direction electric field Ea (eg, −3E: the electric field in the opposite direction to the electric field at the time of initial polarization processing or non-selection) is present between the pair of electrodes 22a and 22b. An electric field is generated, and the actuator section 12 in the pixel is displaced in one direction by about 2.6 Δy.

【0158】この状態は表示装置でみた場合、ON選択
状態を示す。このON選択状態では、アクチュエータ部
12の凸状変形によって変位伝達部46が光導波板42
側に変位し、該変位伝達部46は光導波板42に接触す
ることとなる。
This state shows the ON selection state when viewed from the display device. In this ON selection state, the displacement transmitting section 46 is moved by the optical waveguide plate 42 due to the convex deformation of the actuator section 12.
And the displacement transmitting portion 46 comes into contact with the optical waveguide plate 42.

【0159】前記変位伝達部46は、アクチュエータ部
12の変位に対応して光導波板42の背面に接触するも
のであるが、変位伝達部46が光導波板42の背面に接
触すると、例えば光導波板42内で全反射されていた光
40が、光導波板42の背面を透過して変位伝達部46
の表面まで透過し、変位伝達部46の表面で散乱し、反
射する。
The displacement transmitting section 46 comes into contact with the back surface of the optical waveguide plate 42 in accordance with the displacement of the actuator section 12. The light 40 totally reflected in the corrugated plate 42 is transmitted through the rear surface of the optical waveguide plate 42 and
, And is scattered and reflected on the surface of the displacement transmitting section 46.

【0160】変位伝達部46は、光導波板42の背面を
透過した光を散乱し、反射するため、更には光導波板4
2との接触面積を所定以上に大きくするために設けられ
るものである。即ち、変位伝達部46と光導波板42と
の接触面積により、発光面積が規定される。
The displacement transmitting section 46 scatters and reflects the light transmitted through the rear surface of the optical waveguide plate 42.
It is provided in order to increase the contact area with 2 above a predetermined value. That is, the light emitting area is defined by the contact area between the displacement transmitting section 46 and the optical waveguide plate 42.

【0161】なお、変位伝達部46と光導波板42との
接触とは、変位伝達部46と光導波板42とが光(光導
波板42に導入される光)40の波長以下の距離に位置
することを意味する。
The contact between the displacement transmitting portion 46 and the optical waveguide plate 42 means that the distance between the displacement transmitting portion 46 and the optical waveguide plate 42 is equal to or less than the wavelength of the light (light introduced into the optical waveguide plate) 40. Means to be located.

【0162】一方、垂直シフト回路にて選択された行に
関する画素群のうち、ON選択しない画素又はOFF選
択した画素12については、所定の選択期間Tsにわた
って当該画素12に関する信号線50の電位がON選択
時の電位とは異なる電位とされ、当該画素12の一方の
電極22aに負の所定電位が印加され、他方の電極22
bに負又は正の電位が印加されて、一対の電極22a及
び22b間の電圧が負方向又は正方向の所定電圧Vd
(図27B参照)とされる。
On the other hand, among the pixels related to the row selected by the vertical shift circuit, for the pixels 12 not selected for ON or the pixels 12 selected for OFF, the potential of the signal line 50 related to the pixel 12 is kept ON for a predetermined selection period Ts. The potential is different from the potential at the time of selection, a predetermined negative potential is applied to one electrode 22 a of the pixel 12, and the other electrode 22
b, a negative or positive potential is applied, and the voltage between the pair of electrodes 22a and 22b becomes a predetermined voltage Vd in the negative or positive direction.
(See FIG. 27B).

【0163】このとき、図10Bに示すように、例えば
一対の電極22a及び22b間には負方向又は正方向の
電界Ed(例えば−0.6E〜+0.6E)が発生し、
当該画素におけるアクチュエータ部12は、約−0.5
Δy〜1Δyほど一方向に変位する。
At this time, as shown in FIG. 10B, a negative or positive electric field Ed (for example, −0.6E to + 0.6E) is generated between the pair of electrodes 22a and 22b.
The actuator section 12 in the pixel is about -0.5
It is displaced in one direction by Δy to 1Δy.

【0164】この状態は、表示装置でみた場合、OFF
選択状態を示す。このOFF選択状態では、アクチュエ
ータ部12の前記変位動作によって変位伝達部46が光
導波板42側から離間した状態となる。
This state is OFF when viewed from the display device.
Indicates the selected state. In the OFF selection state, the displacement transmitting section 46 is separated from the optical waveguide plate 42 by the displacement operation of the actuator section 12.

【0165】ON選択あるいはOFF選択された画素に
関するアクチュエータ部12は、その後の非選択状態に
おいて、再分極処理され、一方向(圧電/電歪層20上
に形成された一対の電極22a及び22bが自由空間を
臨む方向)に約1Δyほど変位することとなる。この非
選択状態では、他の行におけるON選択やOFF選択に
基づく電圧変化が重畳してある電圧レベルVgやVf
(図27A及び図27B参照)となるが、この重畳成分
(クロストーク成分)の存在が非選択状態のアクチュエ
ータ部12に対してある程度の再分極処理を行わせるこ
とから、電界の変化に対する変位の応答性の回復に役立
つことになる。つまり、前記クロストーク成分が応答性
の回復を兼用することになる。
The actuator section 12 relating to the pixel selected ON or OFF is subjected to repolarization processing in the non-selected state thereafter, so that the pair of electrodes 22a and 22b formed on the piezoelectric / electrostrictive layer 20 are (In a direction facing free space) by about 1Δy. In this non-selected state, voltage levels Vg and Vf on which voltage changes based on ON selection and OFF selection in other rows are superimposed.
(See FIG. 27A and FIG. 27B.) The presence of this superimposed component (crosstalk component) causes the actuator unit 12 in a non-selected state to perform a certain amount of repolarization processing. This will help to recover responsiveness. That is, the crosstalk component also serves to recover responsiveness.

【0166】なお、ON選択を行うための電圧レベルと
しては、電圧レベルVb(図10Bにおいて電界Eb
(例えば−2E)に相当する電圧レベル)よりも負方向
の電圧レベルであればよく、OFF選択を行うための電
圧レベルとしては、電圧レベルVc〜Veの範囲(図1
0Bにおいて電界Ec(例えば−0.6E)〜Ee(+
0.6E)の範囲に相当する電圧レベル)内のいずれか
の電圧レベルであればよい。また、再分極処理を行うた
めの電圧レベルとしては、電圧レベルVe(図10Bに
おいて電界Ee(例えば+0.6E)に相当する電圧レ
ベル)よりも正方向の電圧レベルであればよい。
The voltage level for performing the ON selection is the voltage level Vb (the electric field Eb in FIG. 10B).
A voltage level in the negative direction than the voltage level (for example, a voltage level corresponding to -2E) may be used, and the voltage level for performing the OFF selection is in the range of the voltage levels Vc to Ve (FIG. 1).
At 0B, the electric field Ec (for example, -0.6E) to Ee (+
The voltage level may be any voltage level within a voltage level corresponding to the range of 0.6E). Further, the voltage level for performing the repolarization process may be any voltage level that is more positive than the voltage level Ve (the voltage level corresponding to the electric field Ee (for example, + 0.6E) in FIG. 10B).

【0167】次に、本実施の形態に係る表示装置の動作
を説明する。まず、光導波板42の例えば端部から光4
0が導入される。この場合、光導波板42の屈折率の大
きさを調節することにより、全ての光40が光導波板4
2の前面及び背面において透過することなく内部で全反
射する。
Next, the operation of the display device according to the present embodiment will be described. First, for example, the light 4
0 is introduced. In this case, by adjusting the size of the refractive index of the optical waveguide plate 42, all the light 40 can be transmitted to the optical waveguide plate 4.
The light is totally internally reflected without being transmitted on the front and rear surfaces of the light emitting element 2.

【0168】この状態において、あるアクチュエータ部
12が励起状態とされて、光導波板42の背面に前記ア
クチュエータ部12に対応する変位伝達部46が光の波
長以下の距離で接触すると、それまで全反射していた光
40は、光導波板42の背面に接触している変位伝達部
46の表面まで透過する。一旦、変位伝達部46の表面
に到達した光40は、変位伝達部46の表面で反射して
散乱光70(図20参照)として、一部は再度光導波板
42の中で反射するが、散乱光70の大部分は光導波板
42で反射されることなく、光導波板42の前面を透過
することになる。
In this state, when a certain actuator section 12 is set in an excited state, and the displacement transmission section 46 corresponding to the actuator section 12 comes into contact with the rear surface of the optical waveguide plate 42 at a distance shorter than the wavelength of light, the entire actuator section 12 has been activated. The reflected light 40 is transmitted to the surface of the displacement transmitting section 46 which is in contact with the back surface of the optical waveguide plate 42. The light 40 that has once reached the surface of the displacement transmitting unit 46 is reflected on the surface of the displacement transmitting unit 46 to be scattered light 70 (see FIG. 20), and a part of the light 40 is again reflected in the optical waveguide plate 42. Most of the scattered light 70 passes through the front surface of the optical waveguide plate 42 without being reflected by the optical waveguide plate 42.

【0169】つまり、光導波板42の背面にある変位伝
達部46の接触の有無により、光導波板42の前面にお
ける光の発光(漏れ光)の有無を制御することができ
る。特に、本実施例に係る表示装置では、光導波板42
に対して変位伝達部46を接触・離隔方向に変位動作さ
せる1つの単位を1画素とし、更にこの画素を多数マト
リクス状、あるいは各行に関し千鳥状に配列するように
しているため、入力される画像信号の属性に応じて各画
素での変位動作を制御することにより、陰極線管や液晶
表示装置と同様に、光導波板の前面に画像信号に応じた
映像(文字や図形等)を表示させることができる。
That is, the presence or absence of light emission (leakage light) on the front surface of the optical waveguide plate 42 can be controlled by the presence or absence of the contact of the displacement transmitting portion 46 on the rear surface of the optical waveguide plate 42. In particular, in the display device according to the present embodiment, the optical waveguide plate 42
One unit for displacing the displacement transmitting unit 46 in the contact / separation direction is one pixel, and a large number of pixels are arranged in a matrix or in a staggered manner for each row. By controlling the displacement operation in each pixel according to the attribute of the signal, it is possible to display an image (characters, figures, etc.) corresponding to an image signal on the front surface of the optical waveguide plate, similarly to a cathode ray tube or a liquid crystal display device. Can be.

【0170】次に、本実施例に係る表示装置をカラー表
示方式に適用する場合について説明する。まず、本実施
例に係る表示装置の発色の原理は、現行のカラー表示方
式と同様に、色の三原色であるR(赤),G(緑),B
(青)の混合方式で規定される。ここで、発色させる周
期をTとして、RGBの最大発光時間を3分割すること
を考えた場合、図28Aに示すように、RGBの発光時
間の比率が1:1:1であれば、白色光となり、図28
Bに示すように、RGBの発光時間の比率が4:1:5
であれば、その比率に応じた中間色になる。
Next, a case where the display device according to this embodiment is applied to a color display system will be described. First, the principle of color development of the display device according to the present embodiment is the same as the current color display system, ie, the three primary colors R (red), G (green), and B.
(Blue). Here, in a case where the maximum light emission time of RGB is divided into three with the cycle of color development as T, as shown in FIG. 28A, if the ratio of the light emission time of RGB is 1: 1: 1, white light is emitted. And FIG. 28
As shown in B, the ratio of the RGB light emission time is 4: 1: 5.
If so, an intermediate color according to the ratio is obtained.

【0171】従って、発色させる時間の制御は、光導波
板42と変位伝達部46との接触時間を発色させる周期
Tに同期させて、三原色の発光時間を制御してもよい
し、三原色の発光時間を発色させる周期Tに同期させ
て、光導波板42と変位伝達部46との接触時間を制御
することもできる。
Accordingly, the control of the color development time may be performed by synchronizing the contact time between the optical waveguide plate 42 and the displacement transmitting section 46 with the color development cycle T to control the light emission time of the three primary colors, or by controlling the light emission of the three primary colors. The contact time between the optical waveguide plate 42 and the displacement transmitting section 46 can be controlled in synchronization with the time period T at which the color is developed.

【0172】このようなことから、本実施例に係る表示
装置においては、カラー表示方式に適用させる場合であ
っても、画素数を白黒画面の場合に比して増加させる必
要がないという利点がある。
As described above, the display device according to the present embodiment has an advantage that the number of pixels does not need to be increased as compared with the case of a monochrome screen even when applied to the color display system. is there.

【0173】なお、前記実施例では、各画素12に対し
ての再分極処理を非選択期間に行うようにしているが、
その他、Rの発光終了時点から次のGの発光開始時点ま
での期間、Gの発光終了時点から次のBの発光開始時点
までの期間、Bの発光終了時点から次のRの発光開始時
点までの期間の3つの期間において、例えば初期分極処
理と同じ電界を印加して再分極処理するようにしてもよ
い。この場合、前記非選択期間における再分極処理と組
み合わせるようにしてもよい。
In the above embodiment, the repolarization process for each pixel 12 is performed during the non-selection period.
In addition, a period from the end of emission of R to the start of emission of the next G, a period from the end of emission of G to the start of emission of the next B, and the end of emission of B to the start of emission of the next R. During the three periods, the same electric field as in the initial polarization processing may be applied to perform the repolarization processing. In this case, it may be combined with the repolarization process in the non-selection period.

【0174】本実施例に係る表示装置は、単一で使用で
きるほか、図29に示すように、本実施例に係る表示装
置を大画面表示装置72の1つの表示素子74とするこ
とも可能である。この図29の例では、大画面の表示面
積を有する導光板76の背面に、表示素子74を縦方向
に7個、横方向に18個配列させた例を示す。この場
合、導光板76は、ガラス板やアクリル板等の可視光領
域での光透過率が大であって均一なものが使用され、各
表示素子74間は、ワイヤボンディングや半田付け、端
面コネクタ、裏面コネクタ等により接続することにより
相互間の信号供給が行えるようになっている。
The display device according to the present embodiment can be used alone, or the display device according to the present embodiment can be used as one display element 74 of the large screen display device 72 as shown in FIG. It is. The example of FIG. 29 shows an example in which seven display elements 74 are arranged in the vertical direction and eighteen in the horizontal direction on the back surface of the light guide plate 76 having a large display area. In this case, the light guide plate 76 has a large light transmittance in the visible light region and is uniform such as a glass plate or an acrylic plate, and wire bonding, soldering, and end face connectors are used between the display elements 74. The signals can be supplied to each other by connecting with a backside connector or the like.

【0175】また、図29に示す大画面表示装置72に
おいては、各表示素子74に適用される表示装置として
例えば図24に示す表示装置を使用し、その画素12の
並びを水平方向に32個、垂直方向に32個としたもの
を用いている。図24に示す表示装置は、各行に関する
画素12の並びを千鳥状としているため、画素12の水
平方向の配列ピッチを非常に小さくすることができ、水
平方向及び垂直方向の画素の配列数を同一にした場合、
全体的な平面形状は、縦長形状となる。
In the large screen display device 72 shown in FIG. 29, for example, the display device shown in FIG. 24 is used as a display device applied to each display element 74, and the arrangement of the pixels 12 is 32 pixels in the horizontal direction. , 32 in the vertical direction. In the display device illustrated in FIG. 24, the arrangement of the pixels 12 in each row is staggered, so that the horizontal arrangement pitch of the pixels 12 can be extremely small, and the number of pixels arranged in the horizontal direction and the vertical direction is the same. If you do
The overall planar shape is a vertically long shape.

【0176】図29に示す大画面表示装置72において
は、大型の導光板76の板面に、光導波板42を含む表
示素子74をマトリクス状に配置した例を示したが、そ
の他、大型の導光板76を省略して、光導波板42を含
む表示素子74をマトリクス状に配置したもので大画面
表示装置72を構成するようにしてもよい。この場合、
マトリクス状に配された多数の光導波板42が前記大型
の導光板76を兼用することになる。前記構成のほか、
大型の導光板76の板面に、光導波板42を含まない表
示素子74をマトリクス状に配置して前記大画面表示装
置72を構成するようにしてもよい。
In the large screen display device 72 shown in FIG. 29, an example is shown in which display elements 74 including the optical waveguide plate 42 are arranged in a matrix on the surface of a large light guide plate 76. The light guide plate 76 may be omitted, and the large-screen display device 72 may be configured by arranging the display elements 74 including the optical waveguide plate 42 in a matrix. in this case,
A large number of light guide plates 42 arranged in a matrix form also serve as the large light guide plate 76. In addition to the above configuration,
The large screen display device 72 may be configured by arranging display elements 74 that do not include the optical waveguide plate 42 in a matrix on the plate surface of the large light guide plate 76.

【0177】前記導光板76と光導波板42は、屈折率
が類似したものが好ましく、導光板76と光導波板42
とを貼り合わせる場合には、透明な接着剤を用いてもよ
い。この接着剤は、光導波板42や導光板76と同様
に、可視光領域で、均一で、高い透過率を有することが
好ましく、また、屈折率も導光板76や光導波板42と
近いものに設定することが、画面の明るさを確保する上
で望ましい。
The light guide plate 76 and the optical waveguide plate 42 preferably have similar refractive indices.
In the case of bonding together, a transparent adhesive may be used. This adhesive is preferably uniform and has a high transmittance in the visible light region, similarly to the light guide plate 42 and the light guide plate 76, and has a refractive index close to that of the light guide plate 76 and the light guide plate 42. It is desirable to set the screen brightness to secure the brightness of the screen.

【0178】また、前記実施例に係る表示装置は、変位
伝達部46を選択的に変位させるアクチュエータ部本体
24の構成として、振動部16上に形成された圧電/電
歪層20の一主面側に一対の電極22a及び22bを形
成するようにしているため、一対の電極22a及び22
b間に空気又は変位伝達部46の構成材料(圧電/電歪
層20と比して誘電率が非常に小さい)が介在すること
となる。そのため、アクチュエータ部本体24の静電容
量は圧電/電歪層20の上下に電極を形成したものと比
して小さくなり、それに伴い、信号伝達上のCR時定数
も小さくなる。即ち、画像信号の属性に応じた電圧信号
の信号波形になまりは生じにくくなる。
In the display device according to the above-described embodiment, the main surface of the piezoelectric / electrostrictive layer 20 formed on the vibrating portion 16 is formed as the structure of the actuator portion main body 24 for selectively displacing the displacement transmitting portion 46. Since the pair of electrodes 22a and 22b are formed on the side, the pair of electrodes 22a and 22b
Air or a constituent material of the displacement transmitting portion 46 (which has a very small dielectric constant as compared with the piezoelectric / electrostrictive layer 20) is interposed between the b. Therefore, the capacitance of the actuator section main body 24 is smaller than that obtained by forming electrodes on the upper and lower sides of the piezoelectric / electrostrictive layer 20, and accordingly, the CR time constant for signal transmission is also reduced. That is, the signal waveform of the voltage signal according to the attribute of the image signal is less likely to be rounded.

【0179】これにより、各画素12における一対の電
極22a及び22bに選択的に規定電圧を印加すること
が可能となって、各圧電/電歪層20に必要な伸びを与
えることができ、特に、電圧信号が供給される部分から
遠い位置に配されたアクチュエータ部12に対応する部
位(例えば画面周辺部や中央部等)において、表示輝度
が弱くなるということも抑制される。
As a result, it is possible to selectively apply a specified voltage to the pair of electrodes 22a and 22b in each pixel 12, and to give each piezoelectric / electrostrictive layer 20 the necessary elongation. In addition, it is also possible to suppress a decrease in display luminance at a portion (for example, a peripheral portion or a central portion, etc., of the screen) corresponding to the actuator portion 12 disposed at a position far from the portion to which the voltage signal is supplied.

【0180】即ち、本実施例に係る表示装置において
は、カラー表示方式に適用させた場合であっても画素数
を白黒画面の場合に比して増加させる必要がないという
利点に加えて、アクチュエータ部12での静電容量を低
減することができるという利点を有し、表示画面全面に
白色を表示させた場合に、むらのない表示輝度を得るこ
とができ、画質の向上を図ることができる。
That is, the display device according to the present embodiment has the advantage that the number of pixels does not need to be increased as compared with the case of a black-and-white screen even when applied to the color display system. This has the advantage that the capacitance in the unit 12 can be reduced, and when white is displayed on the entire display screen, uniform display luminance can be obtained and image quality can be improved. .

【0181】特に、本実施例に係る表示装置において
は、図4及び図5に示すように、一対の電極22a及び
22bのうち、垂直選択線48につながる一方の電極2
2aを1つの行に関してシリーズに接続したパターンと
しているため、該一方の電極22aにおける外周部分の
幅を広くとることが容易になり(破線で示す)、この場
合、垂直選択線48の配線抵抗を小さくすることがで
き、信号伝達上のCR時定数を更に小さくすることがで
きる。
In particular, in the display device according to the present embodiment, as shown in FIGS. 4 and 5, one of the pair of electrodes 22a and 22b has one electrode 2 connected to the vertical selection line 48.
Since 2a is a pattern connected in series with respect to one row, it is easy to increase the width of the outer peripheral portion of the one electrode 22a (shown by a broken line). In this case, the wiring resistance of the vertical selection line 48 is reduced. Therefore, the CR time constant in signal transmission can be further reduced.

【0182】そして、本実施例に係る表示装置において
は、図2及び図20に示すように、アクチュエータ部1
2の変位方向が、図面上、上向き(光導波板42側の方
向)であるため、アクチュエータ部12の変位の力をも
って変位伝達部46を光導波板42に押し付けることが
でき、しかも、光導波板42とアクチュエータ部12と
の隙間(ギャップ)が調整しやすいことから、変位伝達
部46と光導波板42とを確実に接触させることに対し
て有利となる。
Then, in the display device according to the present embodiment, as shown in FIGS.
2 is upward in the drawing (direction on the side of the optical waveguide plate 42), the displacement transmitting portion 46 can be pressed against the optical waveguide plate 42 with the displacement force of the actuator portion 12, and furthermore, the optical waveguide Since the gap between the plate 42 and the actuator unit 12 is easily adjusted, it is advantageous for ensuring that the displacement transmitting unit 46 and the optical waveguide plate 42 are in contact with each other.

【0183】また、この実施例に係る表示装置において
は、例えばその製造過程において、圧電/電歪層20の
一部が絶縁破壊等によってその上の電極22a及び22
bの一部と共に消失した場合、圧電/電歪層20の補修
を行わなくとも消失した電極22a及び22bを補修す
るだけで十分にアクチュエータ部12として機能するた
め、製造工程の途中において全面作り直し等の無駄をな
くすことができると共に、表示装置の歩留まりの向上を
達成させることができる。
In the display device according to this embodiment, for example, during the manufacturing process, a part of the piezoelectric / electrostrictive layer 20 is partially broken due to dielectric breakdown or the like.
When the electrode 22a disappears together with a part of the electrode b, the electrode 22a and 22b which have disappeared without repairing the piezoelectric / electrostrictive layer 20 can be sufficiently functioned as the actuator portion 12 only by repairing the electrode 22a and 22b. Can be eliminated, and the yield of the display device can be improved.

【0184】また、本実施例に係る表示装置において
は、振動部16及び固定部18を基体10(セラミック
ス)にて一体に形成し、振動部16に対応する箇所に凹
部14を形成して、振動部16が薄肉となるようにして
いるため、基体10に固定部18と振動部16を容易に
作製することが可能となり、表示装置の製造コストの低
廉化を図る上で有利となる。
In the display device according to this embodiment, the vibrating portion 16 and the fixed portion 18 are formed integrally with the base 10 (ceramic), and the concave portion 14 is formed at a position corresponding to the vibrating portion 16. Since the vibrating part 16 is made thin, the fixing part 18 and the vibrating part 16 can be easily formed on the base 10, which is advantageous in reducing the manufacturing cost of the display device.

【0185】また、セラミックにて構成される基体10
に凹部14を設けることによって厚肉の固定部18と薄
肉の振動部16が形成されるかたちとなるため、振動部
16は圧電/電歪層20の伸びに敏感に反応し、電圧信
号の変化に対して追従性の高い振動部16とすることが
できる。また、両持ち構造や片持ち構造のアクチュエー
タ部と比較して、振動部16と固定部18との境界部分
の剛性が十分に確保されるため、振動部16の振動に伴
う前記境界部分の疲れによる破壊は発生しにくくなる。
更に、基体10並びに振動部16の剛性が高いため、光
導波板42と駆動部44との貼り合わせも容易になる。
Also, the base 10 made of ceramics
By providing the concave portion 14 in the shape, the thick fixed portion 18 and the thin vibrating portion 16 are formed, and the vibrating portion 16 is sensitive to the elongation of the piezoelectric / electrostrictive layer 20 and changes in the voltage signal. The vibrating section 16 can be highly compliant with the vibration section 16. In addition, compared to an actuator having a double-supported structure or a cantilevered structure, the rigidity at the boundary between the vibrating portion 16 and the fixed portion 18 is sufficiently ensured. Destruction is less likely to occur.
Further, since the rigidity of the base 10 and the vibrating section 16 is high, the bonding of the optical waveguide plate 42 and the driving section 44 becomes easy.

【0186】また、本実施例に係る表示装置において
は、凹部14及び圧電/電歪層20の各平面形状を共に
角のとれた形状とし、更に、凹部14の平面形状の大き
さを圧電/電歪層20のそれよりも大にしたので、振動
部16と固定部18との境界部分が凹部14の平面形状
と同様に角のとれた形状となり、振動部16の振動によ
って発生する応力が局部的に集中するということがなく
なる。しかも、振動部16の周縁すべてが固定部18に
支持され、振動部16の周縁部分での剛性を高くするこ
とができる。その結果、前記境界部分での疲れ限度を大
幅に向上させることができ、アクチュエータ部12の長
寿命化、ひいては表示装置の長寿命化を実現させること
ができる。
Further, in the display device according to the present embodiment, each of the concave portions 14 and the piezoelectric / electrostrictive layer 20 has a planar shape with an angle, and the planar shape of the concave portions 14 is Since it is larger than that of the electrostrictive layer 20, the boundary between the vibrating portion 16 and the fixed portion 18 has an angled shape like the planar shape of the concave portion 14, and the stress generated by the vibration of the vibrating portion 16 is reduced. There is no need to concentrate locally. In addition, the entire periphery of the vibrating part 16 is supported by the fixed part 18, so that the rigidity at the peripheral part of the vibrating part 16 can be increased. As a result, the fatigue limit at the boundary can be greatly improved, and the life of the actuator section 12 and the display device can be extended.

【0187】また、本実施例に係る表示装置において
は、一対の電極22a及び22bにおける圧電/電歪層
20上での平面形状を、一対の電極22a及び22bが
互いに並行に、かつ相互に離間された渦巻き状に配線さ
れた形状としているため、一対の電極22a及び22b
に所定の電圧が印加された場合、圧電/電歪層20の一
主面には放射状(等方的)に電界が生じ、そのため、圧
電/電歪層20は、一主面(表面)では放射状(等方
的)に伸びが生じ、深い部分では放射状(等方的)に縮
みが生じ、これにより、圧電/電歪層20は効率よくそ
の中心部が凸となるように変位することとなり、しか
も、各画素12間での変位上のばらつきも少なくなる。
In the display device according to this embodiment, the planar shape of the pair of electrodes 22a and 22b on the piezoelectric / electrostrictive layer 20 is set such that the pair of electrodes 22a and 22b are parallel to each other and separated from each other. And a pair of electrodes 22a and 22b.
When a predetermined voltage is applied to the piezoelectric / electrostrictive layer 20, a radial (isotropic) electric field is generated on one main surface of the piezoelectric / electrostrictive layer 20. Radial (isotropic) elongation occurs, and radial (isotropic) shrinkage occurs at a deep portion, whereby the piezoelectric / electrostrictive layer 20 is efficiently displaced so that its central portion is convex. In addition, variations in displacement between the pixels 12 are reduced.

【0188】一対の電極22a及び22bにおける圧電
/電歪層20上での平面形状を、多枝形状とした場合に
おいては、一対の電極22a及び22bに所定の電圧が
印加された場合、圧電/電歪層20は、一主面(表面)
では放射状(等方的)に伸びが生じ、深い部分では放射
状(等方的)に縮みが生じることから、効率よくその中
心部が凸となるように変位し、各画素12間での変位上
のばらつきも少なくなる。
When the planar shape of the pair of electrodes 22a and 22b on the piezoelectric / electrostrictive layer 20 is a multi-branched shape, when a predetermined voltage is applied to the pair of electrodes 22a and 22b, The electrostrictive layer 20 has one principal surface (front surface)
In this case, radial (isotropic) elongation occurs, and radial (isotropic) shrinkage occurs in a deep portion. Therefore, the center is efficiently displaced so as to be convex, and the displacement between the pixels 12 is increased. Is also reduced.

【0189】特に、図5及び図22に示す表示装置は、
幹部26及び28と枝部30及び32とに分かれている
ため、圧電/電歪層20の一部、例えば枝部30又は3
2に対応する部分が絶縁破壊等によって該枝部30又は
32と共に消失したとしても、他に与える影響は非常に
小さく、幹部26及び28が残存している限り、アクチ
ュエータ部12として十分機能することとなる。もちろ
ん、前記消失した電極の枝部26又は28を補修するだ
けで、消失前の機能に戻すことができ、表示装置に対す
る保守の簡易化を実現できる。
In particular, the display device shown in FIGS.
Since the trunks 26 and 28 and the branches 30 and 32 are separated, a part of the piezoelectric / electrostrictive layer 20, for example, the branches 30 or 3
Even if the portion corresponding to 2 disappears together with the branch portion 30 or 32 due to dielectric breakdown or the like, the influence on other portions is very small, and as long as the trunk portions 26 and 28 remain, the actuator portion 12 functions sufficiently. Becomes Of course, by simply repairing the lost electrode branch 26 or 28, the function before the disappearance can be restored, and maintenance of the display device can be simplified.

【0190】前記実施例に係る表示装置においては、そ
の光導波板42として両面が高い平坦度、平滑度を持っ
たものを使用したが、その他、背面側が粗面処理された
いわゆるスリガラスを用いることも可能である。この場
合、変位伝達部46の一主面(スリガラスの背面に対向
する面)をスリガラスの背面における粗面形状に沿った
粗面処理を施すか、あるいは変位伝達部46の前記一主
面部分を粘性が比較的低いエラストマにて構成すると好
適である。
In the display device according to the above-described embodiment, the optical waveguide plate 42 has a high flatness and a high smoothness on both sides, but a so-called ground glass having a roughened rear surface may be used. Is also possible. In this case, one main surface of the displacement transmitting unit 46 (the surface facing the rear surface of the ground glass) is subjected to a roughening process along the rough surface shape of the rear surface of the ground glass, or the one main surface portion of the displacement transmitting unit 46 is subjected to roughening. It is preferable to use an elastomer having a relatively low viscosity.

【0191】これにより、まず、正面からの入射した光
がスリガラスの粗面によって反射されて散乱光としてス
リガラスの前面方向に透過する。この状態において、あ
るアクチュエータ部12が励起状態とされて、スリガラ
スの背面に前記アクチュエータ部12に対応する変位伝
達部46が接触すると、当該接触部分の粗面が変位伝達
部46の粗面あるいは弾性変形によって打ち消された形
となるため、それまでスリガラスの前記粗面部分にて反
射していた光は、スリガラスの背面に接触している変位
伝達部46を透過することとなる。
As a result, first, light incident from the front is reflected by the rough surface of the ground glass and transmitted as scattered light toward the front surface of the ground glass. In this state, when a certain actuator unit 12 is set in an excited state and the displacement transmitting unit 46 corresponding to the actuator unit 12 comes into contact with the back surface of the ground glass, the rough surface of the contact portion becomes the rough surface or the elasticity of the displacement transmitting unit 46. Since the shape is canceled by the deformation, the light that has been reflected on the rough surface portion of the ground glass is transmitted through the displacement transmitting portion 46 that is in contact with the back surface of the ground glass.

【0192】つまり、光導波板42としてスリガラスを
用いた場合も、スリガラスの背面にある変位伝達部46
の接触の有無により、スリガラスの前面における光の発
光の有無を制御することができ、上述した実施例に係る
表示装置と同じ効果を得ることができる。特に、スリガ
ラスを用いた場合は、前記スリガラスに対して光を積極
的に導入させる照明手段が不要となるため、構成が簡略
化される。
That is, even when the ground glass is used as the optical waveguide plate 42, the displacement transmitting portion 46 on the back of the ground glass is also used.
Depending on the presence or absence of the contact, the presence or absence of light emission on the front surface of the ground glass can be controlled, and the same effect as the display device according to the above-described embodiment can be obtained. In particular, in the case where the ground glass is used, an illuminating means for positively introducing light into the ground glass becomes unnecessary, so that the configuration is simplified.

【0193】この実施例では、本発明に係る圧電/電歪
素子を表示装置に適用した例を示したが、その他、フィ
ルター、超音波センサや角速度センサや加速度センサや
衝撃センサ等の各種センサ、マイクロフォン、発音体
(スピーカー等)、ディスクリミネータ、動力用あるい
は通信用の振動子や発振子や共振子にも適用させること
ができ、サーボ変位素子、パルス駆動モータ、超音波モ
ータ、圧電ファン等に用いられるアクチュエータ等にも
適用させることができる。
In this embodiment, an example is shown in which the piezoelectric / electrostrictive element according to the present invention is applied to a display device. In addition, filters, various sensors such as an ultrasonic sensor, an angular velocity sensor, an acceleration sensor, an impact sensor, and the like, It can be applied to microphones, sound generators (speakers, etc.), discriminators, oscillators for power or communication, oscillators and resonators, servo displacement elements, pulse drive motors, ultrasonic motors, piezoelectric fans, etc. The present invention can also be applied to actuators and the like that are used for

【0194】なお、本発明に係る圧電/電歪素子の実施
の形態例並びに該圧電/電歪素子を表示装置に適用した
場合の実施例を具体的に説明してきたが、本発明は、前
記実施の形態例並びに実施例に係る表示装置に限定され
て解釈されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない
限りにおいて、種々なる変更、修正、改良等を加えうる
ものである。
Although the embodiments of the piezoelectric / electrostrictive element according to the present invention and the examples in which the piezoelectric / electrostrictive element is applied to a display device have been described in detail, the present invention The present invention is not construed as being limited to the display devices according to the embodiments and the examples, and various changes, modifications, improvements, and the like can be made without departing from the scope of the present invention.

【0195】[0195]

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る圧電
/電歪素子によれば、圧電/電歪層と該圧電/電歪層の
一主面に形成された一対の電極とを有する圧電/電歪作
動部と、前記圧電/電歪層の他主面に接して前記圧電/
電歪作動部を支持する振動部と、前記振動部を振動可能
に支持する固定部とを有するユニモルフ型の圧電/電歪
素子本体を具備した圧電/電歪素子において、前記一対
の電極間の所定電界の4倍以上の印加電界による前記圧
電/電歪素子本体の変位特性が、基準電界点を中心に非
対称となるようにしている。
As described above, the piezoelectric / electrostrictive element according to the present invention has a piezoelectric / electrostrictive layer and a pair of electrodes formed on one main surface of the piezoelectric / electrostrictive layer. A piezoelectric / electrostrictive operating portion, which is in contact with the other main surface of the piezoelectric / electrostrictive layer, and
In a piezoelectric / electrostrictive element including a unimorph type piezoelectric / electrostrictive element main body having a vibrating section supporting an electrostrictive operation section and a fixed section supporting the vibrating section so as to be capable of vibrating, a portion between the pair of electrodes The displacement characteristic of the piezoelectric / electrostrictive element body due to an applied electric field that is four times or more the predetermined electric field is made asymmetric about the reference electric field point.

【0196】このため、電圧無負荷状態と電圧印加状態
での相対変位量や、互いに逆方向の電界をかけた状態で
の相対変位量を大幅に拡大でき、アクチュエータとして
利用した場合の制御の容易性、センサとして利用した場
合の感度の向上を実現させることができるという効果が
達成される。
As a result, the relative displacement between the no-load state and the voltage-applied state and the relative displacement when the electric field in the opposite direction is applied can be greatly expanded, and the control when the actuator is used can be easily controlled. And an improvement in sensitivity when used as a sensor.

【0197】また、本発明に係る圧電/電歪素子によれ
ば、圧電/電歪層と該圧電/電歪層の一主面に形成され
た一対の電極とを有する圧電/電歪作動部と、前記圧電
/電歪層の他主面に接して前記圧電/電歪作動部を支持
する振動部と、前記振動部を振動可能に支持する固定部
とを有するユニモルフ型の圧電/電歪素子本体を具備す
る圧電/電歪素子において、前記一対の電極間の距離を
x(1μm≦x≦200μm)、前記圧電/電歪層の厚
みをy(1μm≦y≦100μm)としたとき、y=a
xの関係を有し、かつ、1/10≦a≦100としてい
る。
Further, according to the piezoelectric / electrostrictive element of the present invention, the piezoelectric / electrostrictive operating section having the piezoelectric / electrostrictive layer and the pair of electrodes formed on one main surface of the piezoelectric / electrostrictive layer. A unimorph type piezoelectric / electrostrictive comprising: a vibrating portion that contacts the other main surface of the piezoelectric / electrostrictive layer to support the piezoelectric / electrostrictive operating portion; and a fixed portion that supports the vibrating portion to be able to vibrate. In a piezoelectric / electrostrictive element including an element body, when the distance between the pair of electrodes is x (1 μm ≦ x ≦ 200 μm) and the thickness of the piezoelectric / electrostrictive layer is y (1 μm ≦ y ≦ 100 μm), y = a
x, and 1/10 ≦ a ≦ 100.

【0198】このため、前記一対の電極間の所定電界の
4倍以上の印加電界による前記圧電/電歪素子本体の変
位特性を基準電界点を中心に非対称とすることができ、
アクチュエータとして利用した場合の制御の容易性、セ
ンサとして利用した場合の感度の向上を実現させること
ができるという効果が達成される。
For this reason, the displacement characteristic of the piezoelectric / electrostrictive element main body due to an applied electric field that is four times or more the predetermined electric field between the pair of electrodes can be made asymmetrical about the reference electric field point.
This achieves an effect that controllability when used as an actuator and sensitivity improvement when used as a sensor can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本実施の形態に係る圧電/電歪素子の構成を示
す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a piezoelectric / electrostrictive element according to the present embodiment.

【図2】本実施の形態に係る圧電/電歪素子のアクチュ
エータ部が一方向に変位した状態を示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a state where an actuator section of the piezoelectric / electrostrictive element according to the present embodiment is displaced in one direction.

【図3】本実施の形態に係る圧電/電歪素子のアクチュ
エータ部本体を構成する振動部の平面形状、圧電/電歪
層の平面形状及び一対の電極にて形づくられる外周形状
を示す平面図である。
FIG. 3 is a plan view showing a planar shape of a vibrating portion, a planar shape of a piezoelectric / electrostrictive layer, and an outer peripheral shape formed by a pair of electrodes, which constitute an actuator body of the piezoelectric / electrostrictive element according to the present embodiment. It is.

【図4】本実施の形態に係る圧電/電歪素子の圧電/電
歪層上に形成される一対の電極の平面形状(渦巻き状)
を示す平面図である。
FIG. 4 is a plan view (spiral shape) of a pair of electrodes formed on a piezoelectric / electrostrictive layer of the piezoelectric / electrostrictive element according to the present embodiment.
FIG.

【図5】本実施の形態に係る圧電/電歪素子の圧電/電
歪層上に形成される一対の電極の平面形状(多枝形状)
を示す平面図である。
FIG. 5 is a plan view (a multi-branched shape) of a pair of electrodes formed on a piezoelectric / electrostrictive layer of the piezoelectric / electrostrictive element according to the present embodiment.
FIG.

【図6】本実施の形態に係る表示装置におけるアクチュ
エータ部の圧電/電歪層をリング状とした場合を概略的
に示す平面図である。
FIG. 6 is a plan view schematically showing a case where the piezoelectric / electrostrictive layer of the actuator section in the display device according to the present embodiment has a ring shape.

【図7】図6におけるA−A線上の断面図である。FIG. 7 is a sectional view taken along line AA in FIG.

【図8】本実施の形態に係る表示装置におけるアクチュ
エータ部において、圧電/電歪層の平面形状を円環状と
し、一対の電極を多枝形状とした例を示す平面図であ
る。
FIG. 8 is a plan view showing an example in which the planar shape of the piezoelectric / electrostrictive layer is annular and the pair of electrodes is multi-branched in the actuator section of the display device according to the present embodiment.

【図9】図9Aはリング状の圧電/電歪層の外周形状を
円形とした場合を示す平面図であり、図9Bはリング状
の圧電/電歪層の外周形状を楕円形とした場合を示す平
面図であり、図9Cはリング状の圧電/電歪層の外周形
状を矩形とした場合を示す平面図である。
9A is a plan view showing a case where the outer peripheral shape of the ring-shaped piezoelectric / electrostrictive layer is circular, and FIG. 9B is a plan view showing a case where the outer peripheral shape of the ring-shaped piezoelectric / electrostrictive layer is elliptical. FIG. 9C is a plan view showing a case where the outer peripheral shape of the ring-shaped piezoelectric / electrostrictive layer is rectangular.

【図10】図10Aは本実施の形態に係る圧電/電歪素
子の屈曲変位特性を測定するために、一対の電極に印加
すべき電位波形を示すタイミングチャートであり、図1
0Bは本実施の形態に係る圧電/電歪素子の屈曲変位特
性を示す特性図である。
FIG. 10A is a timing chart showing a potential waveform to be applied to a pair of electrodes in order to measure a bending displacement characteristic of the piezoelectric / electrostrictive element according to the present embodiment.
FIG. 0B is a characteristic diagram showing a bending displacement characteristic of the piezoelectric / electrostrictive element according to the present embodiment.

【図11】図11Aは圧電/電歪層に対して初期分極処
理を行った場合の分極方向と電界方向を示す説明図であ
り、図11Bは一対の電極に対する電圧印加を停止した
状態(電圧無負荷状態)での分極方向を示す説明図であ
る。
11A is an explanatory diagram showing a polarization direction and an electric field direction when an initial polarization process is performed on a piezoelectric / electrostrictive layer, and FIG. 11B is a state in which voltage application to a pair of electrodes is stopped (voltage application). It is explanatory drawing which shows the polarization direction in a (no-load state).

【図12】図12Aは本実施の形態に係る圧電/電歪素
子に対して正方向に電界(+3E)をかけた状態の分極
方向と電界方向を示す説明図であり、図12Bは圧電/
電歪素子に対して負方向の所定電界(−0.6E)をか
けた状態の分極方向と電界方向を示す説明図である。
FIG. 12A is an explanatory diagram showing a polarization direction and an electric field direction when an electric field (+ 3E) is applied to the piezoelectric / electrostrictive element according to the present embodiment in a positive direction, and FIG.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a polarization direction and an electric field direction when a predetermined negative electric field (−0.6E) is applied to an electrostrictive element.

【図13】図13Aは本実施の形態に係る圧電/電歪素
子に対して負方向に電界(−3E)をかけた状態の分極
方向と電界方向を示す説明図であり、図13Bは圧電/
電歪素子に対して正方向の所定電界(+0.6E)をか
けた状態の分極方向と電界方向を示す説明図である。
FIG. 13A is an explanatory diagram showing a polarization direction and an electric field direction when an electric field (−3E) is applied to the piezoelectric / electrostrictive element according to the present embodiment in a negative direction, and FIG. /
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a polarization direction and an electric field direction when a predetermined positive electric field (+ 0.6E) is applied to an electrostrictive element.

【図14】本実施の形態に係る圧電/電歪素子における
一対の電極間の距離と圧電/電歪層の厚みとの寸法関係
を示す特性図である。
FIG. 14 is a characteristic diagram showing a dimensional relationship between a distance between a pair of electrodes and a thickness of a piezoelectric / electrostrictive layer in the piezoelectric / electrostrictive element according to the present embodiment.

【図15】図15Aは一対の電極の平面形状が渦巻き状
である場合の電極間距離を示す説明図であり、図15B
は一対の電極の平面形状が多枝形状である場合の電極間
距離を示す説明図である。
FIG. 15A is an explanatory diagram showing a distance between electrodes when the planar shape of a pair of electrodes is a spiral shape, and FIG. 15B.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a distance between electrodes when the planar shape of a pair of electrodes is a multi-branched shape.

【図16】本実施の形態に係る圧電/電歪素子における
振動部の厚みと圧電/電歪層の厚みとの寸法関係を示す
特性図である。
FIG. 16 is a characteristic diagram showing a dimensional relationship between the thickness of the vibrating portion and the thickness of the piezoelectric / electrostrictive layer in the piezoelectric / electrostrictive element according to the present embodiment.

【図17】図17Aはアクチュエータ部の最短寸法での
断面形状を一部省略して示す断面図であり、図17Bは
一方の最外極小点と他方の最外極小点が固定部の上面よ
りも下方に存在する場合を一部省略して示す断面図であ
り、図17Cは一方の最外極小点と他方の最外極小点が
固定部の上面よりも上方に存在する場合を一部省略して
示す断面図である。
FIG. 17A is a cross-sectional view showing a part of the cross-sectional shape of the actuator portion in the shortest dimension, which is partially omitted. FIG. 17B is a diagram in which one outermost minimum point and the other outermost minimum point are located on the upper surface of the fixed portion. FIG. 17C is a cross-sectional view showing a case where one of the outermost minimum points and the other outermost minimum point are present above the upper surface of the fixed part. FIG.

【図18】図18Aは他方の極小点存在領域内に他方の
最外極小点が存在せず、他方の境界点が他方の最外極小
点として認定される場合の例を一部省略して示す断面図
であり、図18Bは両方の極小点存在領域内にそれぞれ
最外極小点が存在せず、一方の境界点及び他方の境界点
がそれぞれ一方の最外極小点及び他方の最外極小点とし
て認定される場合の例を一部省略して示す断面図であ
る。
FIG. 18A omits a part of an example in which the other outermost minimum point does not exist in the other minimum point existing area and the other boundary point is recognized as the other outermost minimum point. FIG. 18B is a cross-sectional view of FIG. 18B. In FIG. 18B, the outermost minimum points do not exist in both the minimum point existing regions, and one boundary point and the other boundary point are one outermost minimum point and the other outermost minimum point, respectively. It is sectional drawing which shows the example in the case of being recognized as a point partially omitted.

【図19】一対の電極の平面形状をくし型形状とした場
合の好適な例を示す平面図である。
FIG. 19 is a plan view showing a preferred example in a case where the planar shape of a pair of electrodes is a comb shape.

【図20】本実施の形態に係る圧電/電歪素子を表示装
置に適用した実施例(以下、単に実施例に係る表示装置
と記す)を示す構成図である。
FIG. 20 is a configuration diagram showing an example (hereinafter, simply referred to as a display device according to an example) in which the piezoelectric / electrostrictive element according to the present embodiment is applied to a display device.

【図21】本実施例に係る表示装置におけるアクチュエ
ータ部(画素)の配置を拡大して示す平面図である。
FIG. 21 is an enlarged plan view showing an arrangement of actuator units (pixels) in the display device according to the present example.

【図22】本実施例に係る表示装置、特に振動部、圧電
/電歪層及び一対の電極の平面形状(長円形状、渦巻き
状)を示す平面図である。
FIG. 22 is a plan view showing a planar shape (an oval shape or a spiral shape) of a display device according to the present example, particularly, a vibrating portion, a piezoelectric / electrostrictive layer, and a pair of electrodes.

【図23】本実施例に係る表示装置、特に振動部、圧電
/電歪層及び一対の電極の平面形状(長円形状、多枝形
状)を示す平面図である。
FIG. 23 is a plan view showing a planar shape (an oval shape, a multi-branched shape) of a display device according to the present example, particularly, a vibrating portion, a piezoelectric / electrostrictive layer, and a pair of electrodes.

【図24】本実施例に係る表示装置におけるアクチュエ
ータ部(画素)の配置の他の例を拡大して示す平面図で
ある。
FIG. 24 is an enlarged plan view showing another example of the arrangement of the actuator units (pixels) in the display device according to the embodiment.

【図25】本実施例に係る表示装置、特に振動部及び圧
電/電歪層(矩形状)を示す平面図である。
FIG. 25 is a plan view showing a display device according to the present example, in particular, a vibrating portion and a piezoelectric / electrostrictive layer (rectangular shape).

【図26】本実施例に係る表示装置、特に振動部及び圧
電/電歪層(八角形状)を示す平面図である。
FIG. 26 is a plan view showing a display device according to this example, particularly a vibrating portion and a piezoelectric / electrostrictive layer (octagonal shape).

【図27】図27Aはアクチュエータ部における非選択
状態とON選択状態での電圧レベルの変化を示すタイミ
ングチャートであり、図27Bはアクチュエータ部にお
ける非選択状態とOFF選択状態での電圧レベルの変化
を示すタイミングチャートである。
FIG. 27A is a timing chart showing a voltage level change in a non-selection state and an ON selection state in an actuator unit, and FIG. 27B is a timing chart showing a voltage level change in a non-selection state and an OFF selection state in the actuator unit. It is a timing chart shown.

【図28】図28Aは本実施例に係る表示装置をカラー
表示方式に適用する場合のRGBの発光時間の比率を
1:1:1とした場合のタイミングチャートであり、図
28Bは前記RGBの発光時間の比率を4:1:5とし
た場合のタイミングチャートである。
FIG. 28A is a timing chart when the ratio of the RGB light emission time is set to 1: 1: 1 when the display device according to the present embodiment is applied to the color display method, and FIG. 28B is the timing chart of the RGB. It is a timing chart when the ratio of light emission time is set to 4: 1: 5.

【図29】本実施例に係る表示装置による大画面表示装
置を背面側から見て示す斜視図である。
FIG. 29 is a perspective view showing a large-screen display device using the display device according to the present embodiment as viewed from the rear side.

【図30】従来例に係る圧電/電歪素子を示す断面図で
ある。
FIG. 30 is a sectional view showing a piezoelectric / electrostrictive element according to a conventional example.

【図31】図31Aは従来例に係る圧電/電歪素子の屈
曲変位特性を測定するために、上部電極及び下部電極に
印加すべき電位波形を示すタイミングチャートであり、
図31Bは従来例に係る圧電/電歪素子の屈曲変位特性
を示す特性図である。
FIG. 31A is a timing chart showing potential waveforms to be applied to an upper electrode and a lower electrode in order to measure a bending displacement characteristic of a piezoelectric / electrostrictive element according to a conventional example;
FIG. 31B is a characteristic diagram showing a bending displacement characteristic of the piezoelectric / electrostrictive element according to the conventional example.

【図32】図32Aは従来例に係る圧電/電歪素子に対
して正方向に電界(+3E)をかけた状態の分極方向と
電界方向を示す説明図であり、図32Bは圧電/電歪素
子に対して負方向の所定電界(−0.5E)をかけた状
態の分極方向と電界方向を示す説明図である。
FIG. 32A is an explanatory diagram showing a polarization direction and an electric field direction in a state where an electric field (+ 3E) is applied in a positive direction to a piezoelectric / electrostrictive element according to a conventional example, and FIG. It is explanatory drawing which shows the polarization direction and electric field direction in the state which applied the predetermined negative electric field (-0.5E) to the element.

【図33】図33Aは従来例に係る圧電/電歪素子に対
して負方向に電界(−3E)をかけた状態の分極方向と
電界方向を示す説明図であり、図33Bは圧電/電歪素
子に対して正方向の所定電界(+0.5E)をかけた状
態の分極方向と電界方向を示す説明図である。
FIG. 33A is an explanatory view showing a polarization direction and an electric field direction in a state where an electric field (−3E) is applied to a piezoelectric / electrostrictive element according to a conventional example in a negative direction, and FIG. FIG. 4 is an explanatory diagram showing a polarization direction and an electric field direction when a predetermined positive electric field (+ 0.5E) is applied to a strain element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…基体 12…アクチュエー
タ部 14…凹部 16…振動部 18…固定部 20…圧電/電歪層 22a、22b…一対の電極 24…アクチュエー
タ部本体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Base 12 ... Actuator part 14 ... Depressed part 16 ... Vibration part 18 ... Fixed part 20 ... Piezoelectric / electrostrictive layer 22a, 22b ... A pair of electrodes 24 ... Actuator part main body

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】圧電/電歪層と、該圧電/電歪層の一主面
に形成された一対の電極とを有する圧電/電歪作動部
と、 前記圧電/電歪層の他主面に接して前記圧電/電歪作動
部を支持する振動部と、 前記振動部を振動可能に支持する固定部とを有するユニ
モルフ型の圧電/電歪素子本体を具備した圧電/電歪素
子において、 前記一対の電極間の所定電界の4倍以上の印加電界によ
る前記圧電/電歪素子本体の屈曲変位特性が、基準電界
点を中心に非対称であることを特徴とする圧電/電歪素
子。
A piezoelectric / electrostrictive section having a piezoelectric / electrostrictive layer and a pair of electrodes formed on one main surface of the piezoelectric / electrostrictive layer; and another main surface of the piezoelectric / electrostrictive layer. A piezoelectric / electrostrictive element including a unimorph type piezoelectric / electrostrictive element main body having a vibrating section that supports the piezoelectric / electrostrictive operating section in contact with the main body, and a fixed section that supports the vibrating section so as to vibrate; A piezoelectric / electrostrictive element, wherein a bending displacement characteristic of the piezoelectric / electrostrictive element body due to an applied electric field which is four times or more a predetermined electric field between the pair of electrodes is asymmetric about a reference electric field point.
【請求項2】請求項1記載の圧電/電歪素子において、 前記基準電界点を基準とし、絶対値が同一で方向が異な
る2つの所定電界の4倍以上の電界をそれぞれ印加した
ときの変位量をA、Bとしたとき、A≧1.5Bの関係
を有することを特徴とする圧電/電歪素子。
2. The piezoelectric / electrostrictive element according to claim 1, wherein an electric field is applied to the reference electric field point when the electric field is at least four times as large as two predetermined electric fields having the same absolute value and different directions. A piezoelectric / electrostrictive element having a relationship of A ≧ 1.5B, where the amounts are A and B.
【請求項3】圧電/電歪層と、該圧電/電歪層の一主面
に形成された一対の電極とを有する圧電/電歪作動部
と、 前記圧電/電歪層の他主面に接して前記圧電/電歪作動
部を支持する振動部と、 前記振動部を振動可能に支持する固定部とを有するユニ
モルフ型の圧電/電歪素子本体を具備し、 前記一対の電極間の距離をx(1μm≦x≦200μ
m)、前記圧電/電歪層の厚みをy(1μm≦y≦10
0μm)としたとき、y=axの関係を有し、 かつ、1/10≦a≦100であることを特徴とする圧
電/電歪素子。
3. A piezoelectric / electrostrictive operating portion having a piezoelectric / electrostrictive layer, and a pair of electrodes formed on one main surface of the piezoelectric / electrostrictive layer, and another main surface of the piezoelectric / electrostrictive layer. A unimorph-type piezoelectric / electrostrictive element main body having a vibrating portion that contacts the piezoelectric / electrostrictive operating portion and supports the vibrating portion so that it can vibrate; Let the distance be x (1 μm ≦ x ≦ 200 μ
m), and the thickness of the piezoelectric / electrostrictive layer is set to y (1 μm ≦ y ≦ 10
0 μm), wherein y = ax, and 1/10 ≦ a ≦ 100.
【請求項4】請求項1〜3のいずれか1項に記載の圧電
/電歪素子において、 前記振動部及び前記固定部がセラミックスにて一体に形
成され、 前記振動部に対応する箇所に空所が形成されて、該振動
部が薄肉とされていることを特徴とする圧電/電歪素
子。
4. The piezoelectric / electrostrictive element according to claim 1, wherein the vibrating portion and the fixed portion are integrally formed of ceramics, and a space corresponding to the vibrating portion is vacant. A piezoelectric / electrostrictive element, wherein the vibrating portion is formed to be thin.
【請求項5】請求項3又は4記載の圧電/電歪素子にお
いて、 1/5≦a≦10であることを特徴とする圧電/電歪素
子。
5. The piezoelectric / electrostrictive element according to claim 3, wherein 1/5 ≦ a ≦ 10.
【請求項6】請求項5記載の圧電/電歪素子において、 1/2≦a≦5であって、かつ1μm≦x≦60μm、
1μm≦y≦40μmであることを特徴とする圧電/電
歪素子。
6. The piezoelectric / electrostrictive element according to claim 5, wherein 1/2 ≦ a ≦ 5 and 1 μm ≦ x ≦ 60 μm,
A piezoelectric / electrostrictive element, wherein 1 μm ≦ y ≦ 40 μm.
【請求項7】請求項3〜6のいずれか1項に記載の圧電
/電歪素子において、 前記振動部の厚みをz(1μm≦z≦50μm)とした
とき、y=bzの関係を有し、 かつ、1/5≦b≦10であることを特徴とする圧電/
電歪素子。
7. The piezoelectric / electrostrictive element according to claim 3, wherein when the thickness of the vibrating portion is z (1 μm ≦ z ≦ 50 μm), the relationship y = bz is satisfied. And 1/5 ≦ b ≦ 10.
Electrostrictive element.
【請求項8】請求項7記載の圧電/電歪素子において、 1/3≦b≦5であることを特徴とする圧電/電歪素
子。
8. The piezoelectric / electrostrictive element according to claim 7, wherein 1/3 ≦ b ≦ 5.
【請求項9】請求項8記載の圧電/電歪素子において、 1/3≦b≦5であって、かつ1μm≦y≦40μm、
1μm≦z≦20μmであることを特徴とする圧電/電
歪素子。
9. The piezoelectric / electrostrictive element according to claim 8, wherein 1/3 ≦ b ≦ 5 and 1 μm ≦ y ≦ 40 μm,
A piezoelectric / electrostrictive element, wherein 1 μm ≦ z ≦ 20 μm.
【請求項10】請求項4〜9のいずれか1項に記載の圧
電/電歪素子において、 前記振動部の中心を通る最短寸法における断面形状が、
電圧無負荷状態で以下の条件を満足することを特徴とす
る圧電/電歪素子。 (1) 前記固定部に近接する一方の最外極小点と他方の最
外極小点とを結ぶことにより構成される基準線より、前
記圧電/電歪層の中央部付近における上面の少なくとも
一部分が、前記振動部と反対方向に突出していること。 (2) 前記最外極小点が存在しない場合は、前記最短寸法
に沿う振動部の上面のうち、前記固定部との境界点に対
応する点を最外極小点とすること。 (3) 前記振動部の前記固定部との境界部分を0地点と
し、前記振動部の最短寸法長を100としたとき、前記
最外極小点が前記0地点から前記振動部における最短寸
法長の40%の範囲にない場合は、前記最短寸法に沿う
振動部の上面のうち、前記固定部との境界点に対応する
点を最外極小点とすること。
10. The piezoelectric / electrostrictive element according to claim 4, wherein a cross-sectional shape in a shortest dimension passing through the center of the vibrating portion is:
A piezoelectric / electrostrictive element which satisfies the following conditions in a no-load state. (1) At least a part of the upper surface near the center of the piezoelectric / electrostrictive layer is formed from a reference line formed by connecting one outermost minimum point and the other outermost minimum point close to the fixed portion. , Projecting in a direction opposite to the vibrating portion. (2) When the outermost minimum point does not exist, a point corresponding to a boundary point with the fixed portion on the upper surface of the vibrating portion along the shortest dimension is set as the outermost minimum point. (3) When the boundary between the vibrating portion and the fixed portion is point 0, and the shortest dimension length of the vibrating portion is 100, the outermost minimum point is the shortest dimension length of the vibrating portion from the point 0. If it is not within the range of 40%, a point corresponding to a boundary point with the fixed portion on the upper surface of the vibrating portion along the shortest dimension is set as the outermost minimum point.
【請求項11】請求項10記載の圧電/電歪素子におい
て、 前記突出量tが、m/1000≦t≦m/10であるこ
とを特徴とする圧電/電歪素子。
11. The piezoelectric / electrostrictive element according to claim 10, wherein the protrusion amount t satisfies m / 1000 ≦ t ≦ m / 10.
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