JPS63194378A - 積層型圧電素子 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電気エネルギーと機械エネルギーとの変換に使
用する積層型圧電素子に関するものである。

〔従来の技術〕

従来の積層型圧電素子は９例えば第３図に示すような構
造のものが最も一般的である。同図において１は圧電効
果層であり９例えばジルコン酸チタン酸鉛その他の圧電
材料により３例えばＩｏｎＸＩＯ鶴Ｘ　Ｑ、２ｍｍの層
状に形成する。２は内部電極であり、！！電性の金属膜
により前記圧電効果層１と接触させると共に、圧電効果
層１の一方の側面に突出するように形成する。上記圧電
効果層ｌと内部電極２とを交互に積層し、内部電極２の
突出端２ａを一装置きに外部電極端子３．４と接続する
。而して両端部の内部電極２の外方には保護層５を接触
させて、積層型圧電素子と外部との絶縁を確保すると共
に、他の部材との接続部とじて利用できるように構成す
る。なお前記圧電効果層ｌの積層数を例えば５０層とし
て、積層型圧電素子としての厚さを略ＩＱａｍに形成す
る。以上の構成により、外部電極端子３．４に正負の電
圧を印加すると、前記内部電極２，２間に電界が発生し
。

圧電効果層１は圧電材料の縦効果により厚さ方向に伸び
て歪を発生する。一方上記電界の発生によって、圧電材
料の横効果に起因する圧電効果Ｎ１の面に沿う方向に縮
むため横歪も同時に発生する。

従って積層型圧電素子は全体として、第３図に鎖線で示
すように変形するのである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前記第３図に鎖線で示した変形は、縦横方向における変
位が全く抑制されない場合においてのみ実現可能である
。しかしながら実際の積層型圧電素子においては、前記
のように両端部の内部電極２の外方に保護Ｎ５を接着し
た構成となっているため、上記変位が抑制されるのであ
る。すなわち。

保護層５と隣接している圧電効果層１においては。

電界の印加によって圧電材料の横効果による力が発生し
、圧電効果層１の面に沿う方向に縮もうとするが、保３
１１１５においては電界の印加が無いため、前記圧電材
料の縦効果および横効果による伸び歪および縮み歪を発
生しない、このため保護層５と隣接している圧電効果層
１に発生する横効果による縮み変位を抑制することとな
り、この結果圧電効果層１と保護層５との界面に、せん
断応力が発生し、積層型圧電素子の分極工程における電
圧印加時または実際の駆動時において割れその他の非所
望な現象発生の原因となり、信頼性を低下させるという
問題点がある。

上記問題点を解決するために、保護層５と隣接する圧電
効果層１ａの厚さを他の圧電効果層ｌの厚さより大に形
成したものが提案されている（特開昭６０−８６８８０
号公報参照）。しかしながら上記のものにおけるような
圧電効果層の厚さの異なるものを組み合わせて構成する
ことは、製造工程を別個にする必要がある他３部品管理
その他が極めて煩雑であるという問題点がある。

本発明は上記問題点を解決し、製造が極めて容易である
と共に２分極時または駆動時においても割れの発生のお
それのない高信頼性を有する積層型圧電素子を提供する
ことを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決するため９本発明においては。

略同一の輪郭および接触面積に形成した圧電効果層と内
部電極とを交互に積層し１両端部の内部電極の外方にこ
れらと略同一の輪郭および接触面積に形成した圧電材料
からなる保３１層を接触させ。

前記内部電極を介して前記圧電効果層に電界を印加する
ように構成した積層型圧電素子において。

前記圧電効果層と保護層との間にこれらと略同一の輪郭
および接触面積に形成した圧電歪定数ｄが前記圧電効果
層を形成する圧電材料の０．３〜０．７である圧電材料
からなる緩衝層を配設する。という技術的手段を採用し
たのである。

〔実施例〕

第１回は本発明の実施例を模式的に示す説明図であり、
同一部分は前記第３図と同一の参照符号で示す。同図に
おいてｌｂは緩衝層であり、圧電効果層ｌと保護層５と
の間に各々内部電極２を介して配設する。緩衝層１ｂは
前記圧電効果層ｌおよび保護層５と略同一の輪郭および
接触面積に形成すると共に、圧電歪定数ｄが前記圧電効
果層１を形成する圧電材料の０．３〜０．７であるよう
な圧電材料を選定する。なお緩衝層１ｂの層厚は、前記
圧電効果層ｌと略同一の厚さに形成する。

以上の構成により、外部電極端子３．４に正負の電圧を
印加すると、内部電極２．２間に電界が発生し、圧電効
果層１には圧電材料の縦効果および横効果により、前記
第３図に示すものと同様の伸び歪と縮み歪とが同時に発
生する。而して保護層５と内部電極２とを介して配設し
た緩衝層１ｂにおいても、内部電極２．２による電界が
発生するから、前記圧電効果層１と同様に伸び歪と縮み
歪とが発生する。但し、緩衝層１ｂを形成する圧型材料
の圧電歪定数ｄを、前記圧電効果層ｌを形成する圧電材
料における圧電歪定数　ｄの０．３〜０．７としである
ため、緩衝層１ｂの面に沿う方向の縮み歪も、圧電効果
層ｌにおけるそれの略０．３〜０．７に留まる。一方保
護Ｆ１５には電界の印加が無いため圧電材料の横効果に
よる縮み歪の発生はない、従って保護層５と緩衝層１ｂ
との間には。

両者の界面に沿うせん断力力が発生するのであるが、緩
衝層１ｂにおける縮み歪が、圧電効果Ｎ１における縮み
歪の略０．３〜０．７であるため、上記せん断力力の値
も略０．３〜０．７に緩和され得るのである。同様にし
て緩衝層１ｂと圧電効果層ｌとの界面におけるせん断力
力の値も略０．７〜０．３に緩和されるのである。

第２図は圧電効果層１をｌＯ鰭×ｌ〇−曹×２００μｍ
の素子５０［によって形成し、保護層５との間に圧電否
定＃！１．ｄが圧電効果層ｌのそれの０．５である緩衝
層ｌｂを配設して構成した積層型圧電素子に対する駆動
回数と変位量との関係を示す図である。

なお変位量は２００Ｖ、１００Ｈｚのパルス電圧印加後
、２００Ｖの電圧印加時のものである。比較のために従
来構造のものを併記しである。第２図から明らかなよう
に、従来のものにおいては駆動回数１０６で駆動不能と
なるのに対し１本発明のものは、変位量が僅か減少する
ものの、駆動可能回数が飛躍的に増大している。これは
前記緩衝ｉ１ｂを設けたことにより、せん断力力が緩和
される結果１割れその他の積層型圧電素子の機能喪失現
象発生が大幅に低減されるためと認められる。

本発明において、緩衝層を形成する圧電材料と圧電効果
層を形成する材料との圧電歪定数ｄの比が０．３〜０．
７の範囲外のものにおいては、緩衝層と圧電効果層若し
くは保護層との何れか一方の界面におけるせん断力力緩
和作用が期待できないため不都合である。上記圧電歪定
数ｄの比は０，４〜０．６が好ましい。

本実施例においては緩衝層を圧電効果層と保護層との間
に各々ＩＮのみ設けた例を示したが、前記圧電歪定数ｄ
の異なる緩衝層を複数層設けて。

例えば保護層と隣接する緩衝層のｄの比を小にし。

圧電効果層側に向かうにつれてｄの比を大にして配設す
れば、せん断力力緩和作用が増大する。また圧電効果層
、緩衝層および保護層の輪郭形状は正方形以外の他の幾
何学的形状を自由に選定することができると共に、夫々
の層の肉厚および積層数もまた適宜に選定し得ることは
勿論である。

〔発明の効果〕

本発明は以上記述のような構成および作用であるから、
積層型圧電素子を構成する部材若しくは素子に発生する
せん断力力を緩和し９割れその他の機械的破壊の発生を
阻止し、寿命および信頼性を飛躍的に向上させ得るとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図および第３図は各々本発明の実施例および従来の
ものを模式的に示す説明図、第２図は駆動回数と変位量
との関係を示す図である。 １、ｌａ：圧電効果層、１ｂ：緩衝層、２：内部電橋、
５：保護層。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　略同一の輪郭および接触面積に形成した圧電効
   果層と内部電極とを交互に積層し、両端部の内部電極の
   外方にこれらと略同一の輪郭および接触面積に形成した
   圧電材料からなる保護層を接触させ、前記内部電極を介
   して前記圧電効果層に電界を印加するように構成した積
   層型圧電素子において、前記圧電効果層と保護層との間
   にこれらと略同一の輪郭および接触面積に形成した圧電
   歪定数ｄが前記圧電効果層を形成する圧電材料の０．３
   〜０．７である圧電材料からなる緩衝層を配設したこと
   を特徴とする積層型圧電素子。
2. （２）　圧電効果層と緩衝層とが略等しい厚さである特
   許請求の範囲第１項記載の積層型圧電素子。