JPH11233847A - 電気−機械エネルギー変換素子 - Google Patents
電気−機械エネルギー変換素子Info
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- JPH11233847A JPH11233847A JP3498198A JP3498198A JPH11233847A JP H11233847 A JPH11233847 A JP H11233847A JP 3498198 A JP3498198 A JP 3498198A JP 3498198 A JP3498198 A JP 3498198A JP H11233847 A JPH11233847 A JP H11233847A
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Abstract
向上が図れる積層圧電素子を提供する。 【解決手段】 圧電体層と電極層とを交互に複数重ね合
わせ、前記圧電体層の厚み方向に形成された導電用の孔
部に形成された貫通電極により積層されている前記電極
層を導通するようにした電気−機械エネルギー変換素子
において、第2層の圧電体層2−2に形成される貫通電
極4−2を、第1層の圧電体層2−1に形成される貫通
電極4−1と厚み方向において重なるようにした。
Description
ギー変換素子、特に層間の導通をスルーホール(バイア
ホールと称されることもある)で行う積層圧電素子に関
する。
有する圧電セラミックス等の電気−機械変換材料を用い
た圧電セラミックスと電極材料とを交互に積層した積層
圧電素子が提案されている。この積層圧電素子は、例え
ば同じ厚さの単一の板状の圧電セラミックスと比較した
場合、低い印加電圧で大きな変形歪みや大きな発生力が
得られるので、近年、特に圧電アクチュエータや振動波
モータ等の振動駆動装置を構成する振動子の駆動部に利
用されまた検討されている。
二通りがある。
ラミックの両面に電極層を設け、これを複数枚重ね合わ
せ、例えば接着剤等で接合して作る方法である。
クスの有機バインダーを含むシート状の成型体(グリー
ンシート)の層と、焼成前の電極ペーストの層を各々重
ね合わせ熱圧着して一体化した後に焼成して作る焼結一
体型の方法である。
の電極の外部との導通をとる方法として、各層の圧電セ
ラミックスに貫通孔を形成し、この貫通孔に電極材料を
充填したタイプの貫通電極としてのスルーホール電極
(バイアホール)により層間の配線を実現する方法が提
案されている。
いては、積層前の圧電セラミックのグリーンシートに穴
を開け、その穴に導体ペーストを充填しておき、積層、
焼成することでスルーホール電極(バイアホール)が形
成される。
ール)を積層圧電素子の表面層にて露出させ、例えば配
線基板等の外部との導通手段とする積層圧電素子が、例
えば特開平8-213664号公報に提案されている。
下面の平滑性がランジュバン型または棒状型の超音波モ
ータ又はアクチュエータに使用した際に、全体としての
機械品質係数(Qm) に影響を与えることが示されてい
る。
平滑に表面加工( ラップ加工、研磨加工、研削加工等)
を施すことで平面度の高い積層圧電素子を製造する方法
が提案されている。
(バイアホール)は、層間の導通を得るための任意の箇
所に配置される。
子1の表面層となる第1層の圧電セラミック2−1にお
いては、外部との導通に適した箇所にスルーホール電極
4−1が配置される。
は、第1層の圧電セラミック2ー1と第3層の圧電セラ
ミック2ー3を接続するのに適した位置にスルーホール
電極4−2が電極膜3−2を介して導通を行い配置され
る。
力の発生を効果的にすべく、比較的力の発生に寄与しな
い箇所にスルーホール電極4ー3以下が配置される。
うに構成される積層圧電素子1の上下面に加工を施すこ
とにより以下の問題が生じていた。
ミック2と、各層のスルーホール電極4を構成する導電
体は、各材料の特性と焼成前に混合されている有機バイ
ンダ成分の混合比が異なることなどから、グリーンシー
トの焼成時の収縮率と導電材料を含む導電性ペーストの
収縮率が異なる。
に残留応力が発生する。そのために積層圧電素子のαの
領域は脱落欠陥がもともと起こりやすく、このような積
層圧電素子1の上下面に平滑性を得るための表面加工を
施すと、図6(b)のβで示す領域の圧電セラミックの
脱落が生じることが確認された。
スルーホール電極4ー2が外部に露出することとなり、
例えば配線基板上の配線と短絡するなどの問題が生じて
いた。
クの脱落が発生せず、信頼性の向上が図れる積層圧電素
子を提供しようとするものである。
を実現する第1の構成は、圧電体層と電極層とを交互に
複数重ね合わせ、前記圧電体層の厚み方向に形成された
導電用の孔部に形成された貫通電極により積層されてい
る前記電極層を導通するようにした電気−機械エネルギ
ー変換素子において、第2層の圧電体層に形成される貫
通電極を、第1層の圧電体層に形成される貫通電極と厚
み方向において重なるようにしたものである。
構成は、圧電体層と電極層とを交互に複数重ね合わせ、
前記圧電体層の厚み方向に形成された導電用の孔部に形
成された貫通電極により積層されている前記電極層を導
通するようにした電気−機械エネルギー変換素子におい
て、第2層の圧電体層および第3層の圧電体層に夫々形
成される貫通電極を、第1層の圧電体層に形成される貫
通電極と厚み方向において重なるようにしたものであ
る。
構成は、上記した第1の構成において、前記第1層は表
面加工されているものである。
構成は、前記第1層を消失させて前記第2層の表面が切
削加工されているものである。
出しない層の導電用の孔部に形成された貫通電極として
のスルーホール電極(バイアホール)より上面方向には
十分な厚さの圧電体層としての圧電セラミック層が形成
され、この部分に生じる残留応力による圧電セラミック
の脱落は発生しなくなり、積層圧電素子の信頼性向上を
もたらす。
および図3は本発明の第1の実施の形態を示す。
の外観を示し、図2は図1の積層圧電素子の断面図を示
す。
焼成時の収縮を考慮して、焼成後の厚さが0.087mm とな
るように製造される。方法にもよるが、実際の製造行程
においてはグリーンシートの焼成後で±0.002mm の厚さ
変動が生じることが確認されている。
極4(なお、表面層の第1層では4−1、その下の第2
層では4−2、その下の第3層では4−3)、電極膜3
(第1層上に形成される電極膜は圧電素子の分極処理時
の接触端子として使用されるが、その後切除され、した
がって第2層では3−2、第3層では3−3、第4層で
は3−4)等の製造工程が施され、加圧プレスされた後
に所定の形状に切り出して焼成される。
た。
mm、内径4mm 、厚さ0.5mm である。焼成後の外径寸法
は、加工後の寸法を考慮して、おおよそ11mmとし、外径
の研削加工により10mmに仕上げた。
(バイアホール)の半径方向(右側が内径方向)で表層
部近くの断面を示し、図2(a)は両面ラップ加工前を
示し、図2(b)は両面ラップ加工後を示す。
層のスルーホール電極4ー2を第1層のスルーホール電
極4ー1と軸方向からみて投影的に同位置となるように
(軸方向において重なるように)配置している。
位置は本発明においては限定しない。
のばらつき、グリーンシートの厚さのばらつき等により
変動する。
面の平滑性を確保するために図2(b)に示すように本
実施の形態では、分極処理後に両面同時ラップ加工によ
る加工を施した。
前後の厚さの関係を図3に示す。
ために、図3に示す加工代が必要となる。図3におい
て、試料cの積層圧電素子のように、第1層厚が0.089m
m で形成された場合、素子上面から第1層と第2層の結
合面までの厚さは0.0275mmとなり、試料a、試料bに比
べて非常に薄くなる。
ーホール電極4ー2を第1層のスルーホール電極4ー1
と投影的に同位置となるように配置することで、図2
(b)に示すように、第3層のスルーホール電極4ー3
の上の層に生じる残留応力を分散させ、グリーンシート
と導電ペーストとの収縮率の違いによる圧電セラミック
スの脱落が生じることなく、信頼性に優れた積層圧電素
子を提供することができる。
2の実施の形態を示す。
第1の実施の形態と同様であり説明は略す。また、グリ
ーンシートの厚さ変動等も同じである。本実施の形態で
は積層層数は27層である。
ル電極4の模式図を図5に示す。
5(b)は両面ラップ加工後を示す。図5(a)に示す
ように、第2層のスルーホール電極4ー2は第1層のス
ルーホール電極4ー1と軸方向から見て投影的に同位置
(軸方向において重なる)となるように形成される。
層のスルーホール電極4ー2と投影的に同位置となるよ
うに形成されるので、第1層のスルーホール電極4ー1
とも投影的に同位置となる。
ラップ加工前後の厚さの関係を図4に示す。
積層層数が27層であり、焼成後の厚さの変動が大きい
ため、厚さ寸法を仕上げるために、図4の試料cのよう
に、ラップ代(片面削り量)が0.1mm 程度必要な場合が
発生する。これは第1層厚さ0.089mm より大きな値であ
るので、加工後の表面は、試料a、試料bとは異なり、
図5(b)のように焼成時の第2層の圧電セラミック2
ー2となる。
れるスルーホール電極4ー3を第2層のスルーホール電
極4ー2と投影的に同位置とすることで 第4層のスル
ーホール電極4−4以下の部分の残留応力による第2層
の圧電セラミックの脱落を防ぐ事が可能となる。
表面加工は両面または片面のラップ加工または研磨、研
削加工等でも同様の効果が得られた。
面を表面加工したり、第2層の表面まで表面加工した場
合でも、表層の圧電体などの圧電セラミックス層に設け
た導電用の孔部に形成された貫通電極としてのスルーホ
ール電極(バイアホール)が次層のスルーホール電極
(バイアホール)と厚み方向で重なっているので、従来
のように焼成時における圧電セラミックスと電極との収
縮率の差によって部分的な脱落欠陥がスルーホール電極
(バイアホール)との対向部で発生しなくなり、信頼性
に優れる積層圧電素子を実現する。
の斜視図
の断面図
さを示す表
さを示す表
の断面図
ル)
Claims (4)
- 【請求項1】 圧電体層と電極層とを交互に複数重ね合
わせ、前記圧電体層の厚み方向に形成された導電用の孔
部に形成された貫通電極により積層されている前記電極
層を導通するようにした電気−機械エネルギー変換素子
において、 第2層の圧電体層に形成される貫通電極を、第1層の圧
電体層に形成される貫通電極と厚み方向において重なる
ようにしたことを特徴とする電気−機械エネルギー変換
素子。 - 【請求項2】 圧電体層と電極層とを交互に複数重ね合
わせ、前記圧電体層の厚み方向に形成された導電用の孔
部に形成された貫通電極により積層されている前記電極
層を導通するようにした電気−機械エネルギー変換素子
において、 第2層の圧電体層および第3層の圧電体層に夫々形成さ
れる貫通電極を、第1層の圧電体層に形成される貫通電
極と厚み方向において重なるようにしたことを特徴とす
る電気−機械エネルギー変換素子。 - 【請求項3】 前記第1層は表面が表面加工されている
ことを特徴とする請求項1に記載の電気−機械エネルギ
ー変換素子。 - 【請求項4】 前記第1層を消失させて前記第2層が表
面加工されていることを特徴とする請求項2に記載の電
気−機械エネルギー変換素子。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3498198A JPH11233847A (ja) | 1998-02-17 | 1998-02-17 | 電気−機械エネルギー変換素子 |
US09/251,494 US6291932B1 (en) | 1998-02-17 | 1999-02-17 | Stacked piezoelectric element and producing method therefor |
US09/597,727 US6668437B1 (en) | 1998-02-17 | 2000-06-19 | Method for producing a stacked piezoelectric element |
US10/700,852 US6951048B2 (en) | 1998-02-17 | 2003-11-05 | Method for producing a stacked piezoelectric element |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3498198A JPH11233847A (ja) | 1998-02-17 | 1998-02-17 | 電気−機械エネルギー変換素子 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11233847A true JPH11233847A (ja) | 1999-08-27 |
Family
ID=12429333
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3498198A Abandoned JPH11233847A (ja) | 1998-02-17 | 1998-02-17 | 電気−機械エネルギー変換素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH11233847A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6631981B2 (en) * | 2000-07-06 | 2003-10-14 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Piezoelectric actuator of ink jet printer head |
JP2008211047A (ja) * | 2007-02-27 | 2008-09-11 | Canon Inc | 圧電素子およびその製造方法、振動板ならびに振動波駆動装置 |
-
1998
- 1998-02-17 JP JP3498198A patent/JPH11233847A/ja not_active Abandoned
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6631981B2 (en) * | 2000-07-06 | 2003-10-14 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Piezoelectric actuator of ink jet printer head |
JP2008211047A (ja) * | 2007-02-27 | 2008-09-11 | Canon Inc | 圧電素子およびその製造方法、振動板ならびに振動波駆動装置 |
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