JPS60245286A - 圧電変位素子 - Google Patents
圧電変位素子Info
- Publication number
- JPS60245286A JPS60245286A JP59103231A JP10323184A JPS60245286A JP S60245286 A JPS60245286 A JP S60245286A JP 59103231 A JP59103231 A JP 59103231A JP 10323184 A JP10323184 A JP 10323184A JP S60245286 A JPS60245286 A JP S60245286A
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- JP
- Japan
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- piezoelectric
- displacement
- piezoelectric ceramic
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- layer
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
- H10N30/204—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using bending displacement, e.g. unimorph, bimorph or multimorph cantilever or membrane benders
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/50—Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
１１悲１１
この発明は、圧電変位素子の構造、特に内部電極の両側
の圧電セラミック層が同時に焼成されて構成される圧電
変位素子の構造の改良に関する。
の圧電セラミック層が同時に焼成されて構成される圧電
変位素子の構造の改良に関する。
友１１」悲１１
第１１図に側面図で示すように、内部電極１と、内部電
極１の両側に配置され同時に焼成されて形成される圧電
セラミック暦２．３と、圧電セラミック＠２．３の外面
に形成されたＭ搏４，５とを備えるバイモルフ振動子６
が提案されている。このように内部電極１を介在された
状態で圧電セラミック［１２，３を構成するセラミック
グリーンシートを重ね合わせ、同時に焼成し°（ＷＩら
れるバイモルフ振動子６では、圧電セラミックＬ！２．
３の厚みを薄くすることができ、かつ大きな変位を得る
ことができるという利点を有する。
極１の両側に配置され同時に焼成されて形成される圧電
セラミック暦２．３と、圧電セラミック＠２．３の外面
に形成されたＭ搏４，５とを備えるバイモルフ振動子６
が提案されている。このように内部電極１を介在された
状態で圧電セラミック［１２，３を構成するセラミック
グリーンシートを重ね合わせ、同時に焼成し°（ＷＩら
れるバイモルフ振動子６では、圧電セラミックＬ！２．
３の厚みを薄くすることができ、かつ大きな変位を得る
ことができるという利点を有する。
しかしながら、上述のようにして構成されたバイモルフ
１辰動子６では、ｒ（：１ｆセラミミック層２．３が同
時焼成されるものであるため、内部電極としては、通常
、電極を構ＩＲする金属ベースト等を一方の圧電セラミ
ックｌ１２もしくは３に塗布し焼付けることにより内部
電極１が構成されており、したがって内部電極はその厚
みが約２〜５μ和程度とかなり薄いものである。したが
って、内部電極１と、ＮｌＬｉ４．５間に電圧を印加し
バイモルフ振動子６を駆動させた場合、内部電極１を介
した両側の圧電セラミックＩ！２．３のセラミック結晶
粒子が相互に逆方向に伸縮し、その結果内部電極１を隔
てた両側の圧電セラミック粒子の伸び、縮みを相互に拘
束し合うという問題があった。すなわち、内部電極１付
近に内部電極１の両側の圧電セラミック層２，３よりの
応力が集中し、その結果圧電変位素子としてのバイモル
フ振動子６の変位に影響を与え、大きな変位ヒステリシ
スを生じるという欠点があった。言い換えれば、内部電
極１を介して圧電セラミック１１２．３を構成する結晶
粒子が、互いに内部電極１を隔てて逆向きに伸縮するた
め、正および負の電圧を交互に印加した場合の変位履歴
が大きいという欠点があった。
１辰動子６では、ｒ（：１ｆセラミミック層２．３が同
時焼成されるものであるため、内部電極としては、通常
、電極を構ＩＲする金属ベースト等を一方の圧電セラミ
ックｌ１２もしくは３に塗布し焼付けることにより内部
電極１が構成されており、したがって内部電極はその厚
みが約２〜５μ和程度とかなり薄いものである。したが
って、内部電極１と、ＮｌＬｉ４．５間に電圧を印加し
バイモルフ振動子６を駆動させた場合、内部電極１を介
した両側の圧電セラミックＩ！２．３のセラミック結晶
粒子が相互に逆方向に伸縮し、その結果内部電極１を隔
てた両側の圧電セラミック粒子の伸び、縮みを相互に拘
束し合うという問題があった。すなわち、内部電極１付
近に内部電極１の両側の圧電セラミック層２，３よりの
応力が集中し、その結果圧電変位素子としてのバイモル
フ振動子６の変位に影響を与え、大きな変位ヒステリシ
スを生じるという欠点があった。言い換えれば、内部電
極１を介して圧電セラミック１１２．３を構成する結晶
粒子が、互いに内部電極１を隔てて逆向きに伸縮するた
め、正および負の電圧を交互に印加した場合の変位履歴
が大きいという欠点があった。
上述の欠点は、第１１図に図示したようなバイモルフ振
動子６に限らず、内部電極１の両側に複″数の圧電セラ
ミック層がｓ’ｉｍされて焼成される圧電変位素子にお
いても存在した。
動子６に限らず、内部電極１の両側に複″数の圧電セラ
ミック層がｓ’ｉｍされて焼成される圧電変位素子にお
いても存在した。
１」悲１致
この発明の目的は、上述の欠点を解消し、変位ヒステリ
シスの小さな圧電変位素子を提供することにある。
シスの小さな圧電変位素子を提供することにある。
且ｎ碧」Ｌ
この発明は、内部電極と、該内部電極の両側で相互に逆
方向に変位する圧電セラミック層とを備え、この両側の
圧電セラミック層が同時に焼成されてなる圧電変位素子
において、相互に逆方向に変位する圧電セラミック層間
に積極的に振動しない緩和層が設けられており、内部電
極は緩和層の両面に形成されていることを特徴とする、
圧電変位素子である。
方向に変位する圧電セラミック層とを備え、この両側の
圧電セラミック層が同時に焼成されてなる圧電変位素子
において、相互に逆方向に変位する圧電セラミック層間
に積極的に振動しない緩和層が設けられており、内部電
極は緩和層の両面に形成されていることを特徴とする、
圧電変位素子である。
友１に
第１図は、この発明の一実施例の側面図である。
第１図から明らかなように、この実施例の特徴は、互い
に逆方向に変位する圧電セラミック１１２．３の間に、
そ灯自身は積極的に駆動されない緩和層７が設けられて
いることにあり１ｇｉ緩和層７の両面に内部電極ｉａ、
１ｂが形成されている。この第１図に示した圧電変位素
子１６は、たとえ°ば一圧電セラミックｌＦ２．３およ
び緩和層７を構成する圧電セラミツ１クグリーンシート
を、内部電極となる金属ペースト１ａ、１ｂを介して積
層し、焼成することにより得られる。したがって、圧電
変位素子１６の全体の厚みは、予め焼成された圧電セラ
ミックスを内部電極を介して貼り合わせたものよりかな
り薄くすることが可能である。この点は、第１１図に示
した従来の圧電変位素子６と同様である。
に逆方向に変位する圧電セラミック１１２．３の間に、
そ灯自身は積極的に駆動されない緩和層７が設けられて
いることにあり１ｇｉ緩和層７の両面に内部電極ｉａ、
１ｂが形成されている。この第１図に示した圧電変位素
子１６は、たとえ°ば一圧電セラミックｌＦ２．３およ
び緩和層７を構成する圧電セラミツ１クグリーンシート
を、内部電極となる金属ペースト１ａ、１ｂを介して積
層し、焼成することにより得られる。したがって、圧電
変位素子１６の全体の厚みは、予め焼成された圧電セラ
ミックスを内部電極を介して貼り合わせたものよりかな
り薄くすることが可能である。この点は、第１１図に示
した従来の圧電変位素子６と同様である。
さらに、第１図に示した実施例では、緩和層７の両側に
内部電極ｌａ、ｌｂが形成されており、したがって電圧
を図示のように印加した場合、圧電セラミック層２，３
は相互に逆方向に変位するが、緩和Ｂ７自身は積極的に
変位しない。よって、内部電極ｉａ、ｌｂ近傍の圧電セ
ラミック層２゜３の結晶粒子の変位の他方側への影響は
、緩和層７で吸収され、他方側の圧電セラミック層２．
３に影響を与えないことが予想される。よって、圧電セ
ラミック層２．３を相互に逆方向に繰返し変位させたと
しても、変位ヒステリシスの小さな圧電変位素子１６を
実現し得ることが予想される。
内部電極ｌａ、ｌｂが形成されており、したがって電圧
を図示のように印加した場合、圧電セラミック層２，３
は相互に逆方向に変位するが、緩和Ｂ７自身は積極的に
変位しない。よって、内部電極ｉａ、ｌｂ近傍の圧電セ
ラミック層２゜３の結晶粒子の変位の他方側への影響は
、緩和層７で吸収され、他方側の圧電セラミック層２．
３に影響を与えないことが予想される。よって、圧電セ
ラミック層２．３を相互に逆方向に繰返し変位させたと
しても、変位ヒステリシスの小さな圧電変位素子１６を
実現し得ることが予想される。
上述の緩和Ｆ１！７の効果を確認するために、緩和層７
の設けられていない比較例と、緩和層７ならびに圧電セ
ラミック層２．３の厚みを異ならせた実施例１ないし実
施例３とにつき、変位量およびヒステリシス量を測定し
た。なお、比較例および実施例１ないし実施例３の形状
のうち、各圧電セラミック１１２．３および緩和層７の
（長さ）×（幅）は、すべて（１１＋＋ｌ） ｘ （５
＋Ｉｉｏ＋）のものを用いている。
の設けられていない比較例と、緩和層７ならびに圧電セ
ラミック層２．３の厚みを異ならせた実施例１ないし実
施例３とにつき、変位量およびヒステリシス量を測定し
た。なお、比較例および実施例１ないし実施例３の形状
のうち、各圧電セラミック１１２．３および緩和層７の
（長さ）×（幅）は、すべて（１１＋＋ｌ） ｘ （５
＋Ｉｉｏ＋）のものを用いている。
比較例：圧電セラミック！２．３の厚み０゜２−０緩和
１８７は君！けず。
１８７は君！けず。
実施例１：圧電セラミック層２，３の厚みは０．２１１
ｍ、緩和層７の厚みは０．０２５ｉｓ０実施例２：圧電
セラミック層２．３の厚みは０．１７＋ｕ、緩和７１７
の厚みは０．０６１１１１０実施例３：圧電セラミック
層２．３の厚みは０、１５＋ｅ＊、 ＩＩＩＩＱＨ７の
厚みは０．１２ｍｍ。
ｍ、緩和層７の厚みは０．０２５ｉｓ０実施例２：圧電
セラミック層２．３の厚みは０．１７＋ｕ、緩和７１７
の厚みは０．０６１１１１０実施例３：圧電セラミック
層２．３の厚みは０、１５＋ｅ＊、 ＩＩＩＩＱＨ７の
厚みは０．１２ｍｍ。
変位量および変位ヒステリシス量については、正およ′
び負のピーク間電圧２００Ｖおよび３００■にて測定し
、変位ヒステリシス量は、（駆動電圧Ｏにおける変位腹
歴−）／（正および負のピーク電圧間の変位１１）Ｘ１
００（％）で表わした。
び負のピーク間電圧２００Ｖおよび３００■にて測定し
、変位ヒステリシス量は、（駆動電圧Ｏにおける変位腹
歴−）／（正および負のピーク電圧間の変位１１）Ｘ１
００（％）で表わした。
結果を、第３図ないし第１０図および下記の表に示す。
上述した表の結果から明らかなように、比較例に比べて
、実施例１ないし実施例３では変位ヒステリシス量が１
／３〜１／２に低減し得ることが確認されている。同時
に、緩和層７の厚みが厚くなるほど、大きな変位量（高
ｄ８．）が得られることがわかる。
、実施例１ないし実施例３では変位ヒステリシス量が１
／３〜１／２に低減し得ることが確認されている。同時
に、緩和層７の厚みが厚くなるほど、大きな変位量（高
ｄ８．）が得られることがわかる。
なお、圧電セラミックＲ２，３の厚みをＡ、！！Ｊ和層
７の厚みを８としたとき、実験によれば、第２図に示す
ように、 ［０，１≦Ｂ／Ａ≦０．５」の条件において、変位ヒス
テリシス量の小さい圧電変位素子を得ることが確かめら
れた。なお、図中実線は正および負のピーク間の電圧が
２００Ｖ、破線は正および負のピーク間の電圧が３００
ｖのときの値であり、実線０および破線Ｐはヒステリシ
ス（％）を、実線Ｑおよび破線Ｒは’ｂｉｔ’示す。
７の厚みを８としたとき、実験によれば、第２図に示す
ように、 ［０，１≦Ｂ／Ａ≦０．５」の条件において、変位ヒス
テリシス量の小さい圧電変位素子を得ることが確かめら
れた。なお、図中実線は正および負のピーク間の電圧が
２００Ｖ、破線は正および負のピーク間の電圧が３００
ｖのときの値であり、実線０および破線Ｐはヒステリシ
ス（％）を、実線Ｑおよび破線Ｒは’ｂｉｔ’示す。
上述した表および第２図の結果から明らかなように、こ
の実施例によれば、用途に応じて、すなわち変位ヒステ
リシス量の低減が要請される用途では変位ヒステリシス
量の小さな圧電変位素子を与えることができ、また大き
な変位量を要求されるところでは緩和層７を圧電セラミ
ック層２，３のたとえば５倍以上の厚みに制御すること
により所望の大変位量の圧電変位素子を与えることが可
能であることがわかる。
の実施例によれば、用途に応じて、すなわち変位ヒステ
リシス量の低減が要請される用途では変位ヒステリシス
量の小さな圧電変位素子を与えることができ、また大き
な変位量を要求されるところでは緩和層７を圧電セラミ
ック層２，３のたとえば５倍以上の厚みに制御すること
により所望の大変位量の圧電変位素子を与えることが可
能であることがわかる。
ＩＬへ凱１
以上のように、この発明によれば、内部電極と、該内部
電極の両側で相互に逆方向に変位する圧電セラミック層
とを備え、両側の圧電セラミック層が同時に焼成されて
なる圧電変位素子において、相互に逆方向に変位する圧
電セラミック層間に積極的に振動しない緩和層が設けら
れており、内部電極は該緩和層の両面に形成されている
ため、変位ヒステリシス量の小さな圧電変位素子を得る
ことができる。また、緩和層の厚みを調＆す）ことによ
り、用途に応じた大変位量の圧電変位素子を得ることも
可能である。
電極の両側で相互に逆方向に変位する圧電セラミック層
とを備え、両側の圧電セラミック層が同時に焼成されて
なる圧電変位素子において、相互に逆方向に変位する圧
電セラミック層間に積極的に振動しない緩和層が設けら
れており、内部電極は該緩和層の両面に形成されている
ため、変位ヒステリシス量の小さな圧電変位素子を得る
ことができる。また、緩和層の厚みを調＆す）ことによ
り、用途に応じた大変位量の圧電変位素子を得ることも
可能である。
したがって、たとえばＶＴＲヘッドトラッキング用圧電
素子のような変位ヒステリシス量の極めて小さいことが
要求される圧電変位素子、あるいは圧電スイッチのよう
な大変位量がめられるようとに用いられる圧電変位素子
のごとく、様々な用途に対応することが可能である。
素子のような変位ヒステリシス量の極めて小さいことが
要求される圧電変位素子、あるいは圧電スイッチのよう
な大変位量がめられるようとに用いられる圧電変位素子
のごとく、様々な用途に対応することが可能である。
第１図は、この発明の一実施例を示す側面図である。第
２図は、第１図に示した実施例における圧電セラミック
層と緩和層の厚みの比率を変えた場合の変位ヒステリシ
ス量および（＋、＋の変化を示す図である。第３図ない
し第１０図は、比較例、 。 実施例１ないし実施例３におけるＶＰ ｒ ２００Ｖお
よび３００Ｖを印加したときの変位ヒステリシスを示す
図である。第１１図は、従来の圧電変位素子を示す側面
図である。 図において、ｌａ、１ｂは内部電極、２．３は圧電セラ
ミック層、７は緩和層、１６は圧電変位素子を示す。 手続補正書 昭和５９年１１月１日 ２、発明の名称 圧電変位素子 ３、補正をする者 事件との関係 特許出願人 住所 京都府長岡京市天神二丁目２６番１０号名称 （
６２３）株式会社村田製作所 代表者 村 １） 昭 ４、代理人 住 所 大阪市北区天神１１２丁目３番９号 八千代第
一ビル電話 大阪（０６）３５１−６２３９ （代）６
、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 ７、補正の内容 （１） 明細書第５頁第６行の「ある。」とあるのを、
［ある。なお、緩和＠７の両側に配置される圧電セラミ
ック層２．３については、１層からなるものに限られず
、それぞれが複数のセラミックグリーンシートを積層し
てなるものでもよく、また圧電セラミック層２と圧電セ
ラミック層３とを異なる周数のセラミックグリーンシー
トにより構成し、緩和１１７の両側の圧電セラミック層
２゜３の厚みを異、ならすことも可能である。」に補正
する。 （２） 明ｗｌ書第９頁第１４行から第１７行の［ある
いは圧電スイッチ・・・・・・対応することが可能Ｃあ
る。Ｊとあるのを、［もしくは圧電スイッチのような大
変位量がめられる用途や圧電ブザー、圧電スピーカなど
の様々な圧電装置に応用し得るものである。」に補正す
る。 以上
２図は、第１図に示した実施例における圧電セラミック
層と緩和層の厚みの比率を変えた場合の変位ヒステリシ
ス量および（＋、＋の変化を示す図である。第３図ない
し第１０図は、比較例、 。 実施例１ないし実施例３におけるＶＰ ｒ ２００Ｖお
よび３００Ｖを印加したときの変位ヒステリシスを示す
図である。第１１図は、従来の圧電変位素子を示す側面
図である。 図において、ｌａ、１ｂは内部電極、２．３は圧電セラ
ミック層、７は緩和層、１６は圧電変位素子を示す。 手続補正書 昭和５９年１１月１日 ２、発明の名称 圧電変位素子 ３、補正をする者 事件との関係 特許出願人 住所 京都府長岡京市天神二丁目２６番１０号名称 （
６２３）株式会社村田製作所 代表者 村 １） 昭 ４、代理人 住 所 大阪市北区天神１１２丁目３番９号 八千代第
一ビル電話 大阪（０６）３５１−６２３９ （代）６
、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 ７、補正の内容 （１） 明細書第５頁第６行の「ある。」とあるのを、
［ある。なお、緩和＠７の両側に配置される圧電セラミ
ック層２．３については、１層からなるものに限られず
、それぞれが複数のセラミックグリーンシートを積層し
てなるものでもよく、また圧電セラミック層２と圧電セ
ラミック層３とを異なる周数のセラミックグリーンシー
トにより構成し、緩和１１７の両側の圧電セラミック層
２゜３の厚みを異、ならすことも可能である。」に補正
する。 （２） 明ｗｌ書第９頁第１４行から第１７行の［ある
いは圧電スイッチ・・・・・・対応することが可能Ｃあ
る。Ｊとあるのを、［もしくは圧電スイッチのような大
変位量がめられる用途や圧電ブザー、圧電スピーカなど
の様々な圧電装置に応用し得るものである。」に補正す
る。 以上
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 内部電極と、該内部ｉｔ極の両側で相互に逆方向に変位
する圧電セラミック饗とを備え、前記両側の圧電セラミ
ックーが同時に焼成されてなる圧電変位素子において、 相互に逆方向に変化する前記圧電セラミック層間に積極
的に振動しない緩和層が設けられており、前記内部１！
梗は、該緩和層の両面に形成されていることを特徴とす
る、圧電変位素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59103231A JPH0658978B2 (ja) | 1984-05-21 | 1984-05-21 | 圧電変位素子 |
| DE19853518055 DE3518055A1 (de) | 1984-05-21 | 1985-05-20 | Piezoelektrische betaetigungseinrichtung mit zwei kristallplattenbereichen |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59103231A JPH0658978B2 (ja) | 1984-05-21 | 1984-05-21 | 圧電変位素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60245286A true JPS60245286A (ja) | 1985-12-05 |
| JPH0658978B2 JPH0658978B2 (ja) | 1994-08-03 |
Family
ID=14348686
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59103231A Expired - Lifetime JPH0658978B2 (ja) | 1984-05-21 | 1984-05-21 | 圧電変位素子 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0658978B2 (ja) |
| DE (1) | DE3518055A1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS64351U (ja) * | 1987-06-19 | 1989-01-05 | ||
| JPH11214762A (ja) * | 1998-01-22 | 1999-08-06 | Seiko Epson Corp | 圧電体素子及びそれを用いたインクジェット式記録ヘッド |
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| US4878207A (en) * | 1986-11-07 | 1989-10-31 | Plessey Australia Pty. Ltd. | Composite sonar transducer for operation as a low frequency underwater acoustic source |
| DE4408618B4 (de) * | 1994-03-15 | 2004-04-22 | Physik Instrumente (Pi) Gmbh & Co | Verstellantrieb aus Bimorphelementen |
| DE19520796A1 (de) * | 1995-06-07 | 1996-12-12 | Siemens Ag | Piezoelektrischer Biegewandler |
| DE19627221A1 (de) * | 1996-07-05 | 1998-01-08 | Nass Magnet Gmbh | Verbund mit piezokeramischen Schichten |
| JP2001518721A (ja) | 1997-09-30 | 2001-10-16 | シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト | 圧電素子 |
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Family Cites Families (4)
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-
1984
- 1984-05-21 JP JP59103231A patent/JPH0658978B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1985
- 1985-05-20 DE DE19853518055 patent/DE3518055A1/de active Granted
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| JPS56144585A (en) * | 1980-04-11 | 1981-11-10 | Toshiba Corp | Bimorph piezoelectric element |
| JPS5713784A (en) * | 1980-06-30 | 1982-01-23 | Toshiba Corp | Bimorph piezoelectric element |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS64351U (ja) * | 1987-06-19 | 1989-01-05 | ||
| JPH11214762A (ja) * | 1998-01-22 | 1999-08-06 | Seiko Epson Corp | 圧電体素子及びそれを用いたインクジェット式記録ヘッド |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3518055A1 (de) | 1985-11-21 |
| JPH0658978B2 (ja) | 1994-08-03 |
| DE3518055C2 (ja) | 1993-02-04 |
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