KR102122891B1 - 적층 압전 소자, 압전 진동 장치 및 전자 기기 - Google Patents

적층 압전 소자, 압전 진동 장치 및 전자 기기 Download PDF

Info

Publication number
KR102122891B1
KR102122891B1 KR1020180071401A KR20180071401A KR102122891B1 KR 102122891 B1 KR102122891 B1 KR 102122891B1 KR 1020180071401 A KR1020180071401 A KR 1020180071401A KR 20180071401 A KR20180071401 A KR 20180071401A KR 102122891 B1 KR102122891 B1 KR 102122891B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
axial direction
piezoelectric element
laminated piezoelectric
cross
axis direction
Prior art date
Application number
KR1020180071401A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20190000317A (ko
Inventor
스미아끼 기시모또
히로유끼 시미즈
도모히로 하라다
유끼히로 고니시
Original Assignee
다이요 유덴 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP2018045559A external-priority patent/JP7071172B2/ja
Application filed by 다이요 유덴 가부시키가이샤 filed Critical 다이요 유덴 가부시키가이샤
Publication of KR20190000317A publication Critical patent/KR20190000317A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102122891B1 publication Critical patent/KR102122891B1/ko

Links

Images

Classifications

    • 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
    • H01L41/09—
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • B06B1/0603—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a piezoelectric bender, e.g. bimorph
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • B06B1/0607—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements
    • B06B1/0611—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements in a pile
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • B06B1/0644—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a single piezoelectric element
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • B06B1/0644—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a single piezoelectric element
    • B06B1/0662—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a single piezoelectric element with an electrode on the sensitive surface
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/016—Input arrangements with force or tactile feedback as computer generated output to the user
    • H01L41/047—
    • H01L41/083—
    • 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
    • H10N30/01—Manufacture or treatment
    • H10N30/04—Treatments to modify a piezoelectric or electrostrictive property, e.g. polarisation characteristics, vibration characteristics or mode tuning
    • H10N30/045—Treatments to modify a piezoelectric or electrostrictive property, e.g. polarisation characteristics, vibration characteristics or mode tuning by polarising
    • 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
    • H10N30/01—Manufacture or treatment
    • H10N30/06—Forming electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
    • H10N30/063—Forming interconnections, e.g. connection electrodes of multilayered piezoelectric or electrostrictive parts
    • 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
    • H10N30/01—Manufacture or treatment
    • H10N30/06—Forming electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
    • H10N30/067—Forming single-layered electrodes of multilayered piezoelectric or electrostrictive parts
    • 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
    • H10N30/2047—Membrane type
    • 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
    • H10N30/206—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using only longitudinal or thickness displacement, e.g. d33 or d31 type devices
    • 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
    • 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
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/87—Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
    • 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
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/87—Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
    • H10N30/871—Single-layered electrodes of multilayer piezoelectric or electrostrictive devices, e.g. internal electrodes
    • 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
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/87—Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
    • H10N30/872—Interconnections, e.g. connection electrodes of multilayer piezoelectric or electrostrictive devices
    • 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
    • H10N30/01—Manufacture or treatment
    • H10N30/05—Manufacture of multilayered piezoelectric or electrostrictive devices, or parts thereof, e.g. by stacking piezoelectric bodies and electrodes
    • H10N30/053—Manufacture of multilayered piezoelectric or electrostrictive devices, or parts thereof, e.g. by stacking piezoelectric bodies and electrodes by integrally sintering piezoelectric or electrostrictive bodies and electrodes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
  • Piezo-Electric Transducers For Audible Bands (AREA)
  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

Abstract

변위 성능이 높은 적층 압전 소자를 제공한다. 본 발명의 일 형태에 따른 적층 압전 소자는, 적층 압전체와, 복수의 내부 전극을 구비한다. 상기 적층 압전체는, 제1 축 방향으로 대향하는 한 쌍의 주면과, 상기 제1 축 방향에 직교하며 긴 변 방향인 제2 축 방향으로 대향하는 한 쌍의 단부면과, 상기 제1 축 방향 및 상기 제2 축 방향에 직교하는 제3 축 방향으로 대향하는 한 쌍의 측면을 갖는다. 상기 복수의 내부 전극은, 상기 적층 압전체의 내부에 배치되며, 상기 제1 축 방향으로 적층된다. 상기 복수의 내부 전극 중, 상기 적층 압전체의 중앙부에 배치된 중앙 내부 전극의 상기 제3 축 방향으로부터 본 제1 단면은, 상기 중앙 내부 전극의 상기 제2 축 방향으로부터 본 제2 단면보다도 큰 기복을 갖는다.

Description

적층 압전 소자, 압전 진동 장치 및 전자 기기{MULTILAYER PIEZOELECTRIC ELEMENT, PIEZOELECTRIC VIBRATION APPARATUS, AND ELECTRONIC DEVICE}
본 발명은 압전체와 전극이 교대로 적층된 적층 압전 소자, 압전 진동 장치 및 전자 기기에 관한 것이다.
압전체가 내부 전극과 교대로 다수 적층되며, 이들 내부 전극과 접속된 단부면 전극(외부 전극)을 갖는 적층 압전 소자가 알려져 있다(특허문헌 1 참조). 적층 압전 소자는, 외부 전극 및 내부 전극을 통해 복수의 압전체에 전압이 인가됨으로써, 압전 역효과에 의해 신축한다. 이와 같은 적층 압전 소자는, 소형이며 큰 변위가 얻어지기 때문에, 큰 발생력이나 고속 응답성이 요구되는 액추에이터 부품에 널리 사용되고 있다.
적층 압전 소자가 채용할 수 있는 진동 모드로서, 두께 방향(적층 방향)으로 신축하는 압전 상수가 d33인 진동 모드와, 내부 전극면을 따른 방향으로 신축하는 압전 상수가 d31인 진동 모드가 알려져 있다. 적층 압전 소자는, 그 형상 등을 제어함으로써 진동 모드를 제어할 수 있다. 예를 들어, 적층 압전 소자에 있어서 내부 전극면을 따른 방향을 긴 변 방향으로 함으로써, d31의 진동 모드를 우위로 할 수 있다.
일본 특허 공개 제2016-100760호 공보 국제 공개 제2016/052582호 명세서
적층 압전 소자는, 상술한 바와 같이 압전체로서 기능하지 않는 복수의 전극을 갖는다. 따라서, 변위 성능을 향상시키기 위해서는, 진동 모드에 따른 최적의 구조 설계가 요구된다.
이상과 같은 사정을 감안하여, 본 발명의 목적은, 변위 성능이 높은 적층 압전 소자, 압전 진동 장치 및 전자 기기를 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 형태에 따른 적층 압전 소자는, 적층 압전체와, 복수의 내부 전극을 구비한다.
상기 적층 압전체는, 제1 축 방향으로 대향하는 한 쌍의 주면과, 상기 제1 축 방향에 직교하며 긴 변 방향인 제2 축 방향으로 대향하는 한 쌍의 단부면과, 상기 제1 축 방향 및 상기 제2 축 방향에 직교하는 제3 축 방향으로 대향하는 한 쌍의 측면을 갖는다.
상기 복수의 내부 전극은, 상기 적층 압전체의 내부에 배치되며, 상기 제1 축 방향으로 적층된다.
상기 복수의 내부 전극 중, 상기 적층 압전체의 중앙부에 배치된 중앙 내부 전극의 상기 제3 축 방향으로부터 본 제1 단면은, 상기 중앙 내부 전극의 상기 제2 축 방향으로부터 본 제2 단면보다도 큰 기복을 갖는다.
상기 구성에 따르면, 중앙부에 배치된 내부 전극의 긴 변 방향을 따른 기복이 크기 때문에, 긴 변 방향을 따른 변위 성능을 향상시킬 수 있다.
구체적으로는, 상기 제1 단면의 상기 제1 축 방향에 있어서의 중앙을 따라서 주행하며 상기 제2 축 방향으로 100㎛의 길이를 갖는 제1 주행선과, 상기 제1 주행선의 단부점간을 연결하는 제1 기준선의 상기 제1 축 방향에 있어서의 최대 괴리 치수는, 상기 제2 단면의 상기 제1 축 방향에 있어서의 중앙을 따라서 주행하며 상기 제3 축 방향으로 100㎛의 길이를 갖는 제2 주행선과, 상기 제2 주행선의 단부점간을 연결하는 제2 기준선의 상기 제1 축 방향에 있어서의 최대 괴리 치수보다도 커도 된다.
이와 같이, 중앙에 배치된 내부 전극은, 긴 변 방향을 따라서 미소한 기복을 갖는 구성으로 할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 주행선과 상기 제1 기준선의 최대 괴리 치수는 2㎛ 이상이어도 된다.
또한, 상기 복수의 내부 전극 중, 상기 적층 압전체의 상기 한 쌍의 주면 중 한쪽의 주면에 가장 가까운 위치에 배치된 주연 내부 전극의 상기 제3 축 방향으로부터 본 제3 단면보다도, 상기 제1 단면은 큰 기복을 갖고 있어도 된다.
이에 의해, 주연에 배치된 내부 전극보다도, 중앙에 배치된 내부 전극쪽이 큰 기복을 갖는 구성으로 할 수 있다.
본 발명의 일 형태에 따른 압전 진동 장치는, 상기 적층 압전 소자와, 진동판과, 접착층을 구비한다.
상기 진동판은, 상기 적층 압전 소자에 대하여 상기 제1 축 방향으로 대향한다.
상기 접착층은, 상기 적층 압전 소자와 상기 진동판 사이에 배치되어 있다.
본 발명의 일 형태에 따른 전자 기기는, 상기 적층 압전 소자와, 패널과, 하우징을 구비한다.
상기 패널은, 상기 적층 압전 소자가 상기 제1 축 방향으로 대향한 상태에서 접착되어 있다.
상기 하우징은, 상기 패널을 보유 지지한다.
이상과 같이, 본 발명에 따르면, 변위 성능이 높은 적층 압전 소자, 압전 진동 장치 및 전자 기기를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 적층 압전 소자의 사시도.
도 2는 상기 적층 압전 소자의 도 1의 A-A'선을 따른 단면도.
도 3은 상기 적층 압전 소자의 도 1의 B-B'선을 따른 단면도.
도 4는 도 2의 확대도로서, 상기 적층 압전 소자의 단면의 미세 구조를 도시하는 도면.
도 5는 도 3의 확대도로서, 상기 적층 압전 소자의 단면의 미세 구조를 도시하는 도면.
도 6은 전압값에 대한 변위량의 실험 결과를 나타내는 그래프.
도 7은 상기 적층 압전 소자의 제조 방법을 설명하는 플로우차트.
도 8은 상기 적층 압전 소자의 제조 과정을 도시하는 사시도.
도 9는 상기 적층 압전 소자의 제조 과정을 도시하는 사시도.
도 10은 상기 실시 형태의 변형예에 따른 적층 압전 소자의 도 2에 대응하는 단면도.
도 11은 상기 적층 압전 소자의 도 3에 대응하는 단면도.
도 12는 도 10의 확대도로서, 상기 적층 압전 소자의 단면의 미세 구조를 도시하는 도면.
도 13은 도 10의 다른 부분의 확대도로서, 상기 적층 압전 소자의 단면의 미세 구조를 도시하는 도면.
도 14는 상기 적층 압전 소자를 사용한 압전 진동 장치의 단면도.
도 15a는 상기 적층 압전 소자를 사용한 전자 기기의 평면도.
도 15b는 상기 전자 기기의 도 15a의 C-C'선을 따른 단면도.
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시 형태를 설명한다.
도면에는, 적절히 서로 직교하는 X축, Y축 및 Z축이 도시되어 있다. X축 방향은 「제2 축 방향」, Y축 방향은 「제3 축 방향」, Z축 방향은 「제1 축 방향」에 각각 대응한다. X축, Y축 및 Z축은 전체 도면에 있어서 공통이다.
[적층 압전 소자의 기본 구성]
도 1∼도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 적층 압전 소자(10)를 도시하는 도면이다. 도 1은 적층 압전 소자(10)의 사시도이다. 도 2는 적층 압전 소자(10)의 도 1의 A-A'선을 따른 단면도이다. 도 3은 적층 압전 소자(10)의 도 1의 B-B'선을 따른 단면도이다.
적층 압전 소자(10)는 적층 압전체(11)와, 제1 외부 전극(14)과, 제2 외부 전극(15)과, 복수의 제1 내부 전극(12)과, 복수의 제2 내부 전극(13)과, 제1 표면 전극(16)과, 제2 표면 전극(17)을 구비한다.
적층 압전체(11)는 후술하는 바와 같이, 복수의 압전체층(20)이 적층된 것이다. 적층 압전체(11)는 X축 방향을 향한 2개의 단부면(11a, 11b)과, Y축 방향을 향한 2개의 측면(11c, 11d)과, Z축 방향을 향한 2개의 주면(11e, 11f)을 갖는다. 전형적으로는, 각 면은 대략 직사각형으로 구성된다.
적층 압전체(11)는 X축 방향을 따라서 긴 변 방향을 갖는다. 이에 의해, X축 방향을 따른 신축이 우위로 되어, d31의 압전 상수를 갖는 적층 압전 소자(10)를 구성할 수 있다.
또한, 적층 압전체(11)의 형상은, 도 1∼도 3에 도시한 바와 같은 직육면체형이 아니어도 된다. 예를 들어, 적층 압전체(11)의 각 면을 접속하는 모서리부는 모따기되어 있어도 된다. 또한, 적층 압전체(11)의 각 면은 곡면이어도 되고, 적층 압전체(11)는 전체로서 둥그스름한 형상이어도 된다.
적층 압전체(11)에는, 구동 전압을 공급하기 위한 복수의 전극이 배치된다. 적층 압전체(11)의 단부면(11a, 11b)에는 외부 전극(14, 15)이 배치된다. 적층 압전체(11)의 내부에는 복수의 내부 전극(12, 13)이 배치되고, 주면(11e, 11f)에는 각각 표면 전극(16, 17)이 배치된다. 제1 내부 전극(12) 및 제1 표면 전극(16)은 제1 외부 전극(14)에 접속되고, 제2 내부 전극(13) 및 제2 표면 전극(17)은 제2 외부 전극(15)에 접속된다.
적층 압전체(11)는 압전 활성부(18)와, 사이드 마진부(19)를 갖는다. 사이드 마진부(19)는 압전 활성부(18)의 Y축 방향을 향한 양측면의 전체 영역을 각각 덮고 있다. 또한, 적층 압전체(11)는 필요에 따라서, 압전 활성부(18)와 사이드 마진부(19)를 접합하기 위한 접합부를 갖고 있어도 된다.
압전 활성부(18)는 복수의 압전체층(20)을 갖고, 이들 압전체층(20)과 복수의 내부 전극(12, 13)이 Z축 방향으로 교대로 적층된 구성을 갖는다. 최외층의 압전체층(20) 상에는, 제1 표면 전극(16) 및 제2 표면 전극(17)이 각각 배치된다.
또한, 적층 압전체(11) 중 압전 활성을 갖는 영역은, 엄밀하게는 Z축 방향으로 인접하는 내부 전극(12, 13) 및 표면 전극(16, 17)이 대향하는 영역이지만, 여기에서는 내부 전극(12, 13) 및 표면 전극(16, 17)이 인출되는 단부면(11a, 11b)까지의 영역을 압전 활성부(18)로 한다.
압전체층(20)은 압전 특성을 갖는 세라믹스로 형성된다. 이와 같은 세라믹스로서, 예를 들어 티타늄산지르콘산납(PbZrO3-PbTiO3)을 주성분으로 하는 페로브스카이트형 산화물, 니오븀산리튬(LiNbO3)이나 탄탈산리튬(LiTaO3) 등을 주성분으로 하는 산화물을 사용할 수 있다.
사이드 마진부(19)는 내부 전극(12, 13) 및 표면 전극(16, 17)을 갖지 않고, 압전 활성을 갖지 않는 영역이다. 사이드 마진부(19)는 압전 활성부(18)를 보호하고, 내부 전극(12, 13) 및 표면 전극(16, 17)의 절연성을 확보하는 기능을 갖는다. 사이드 마진부(19)는 절연성 세라믹스로 형성되면 되지만, 압전체층(20)과 마찬가지의 압전 특성을 갖는 세라믹스를 사용함으로써, 적층 압전체(11)에 있어서의 내부 응력을 완화할 수 있다.
내부 전극(12, 13)은, Z축 방향으로 적층된 복수의 압전체층(20)의 사이에, Z축 방향을 따라서 교대로 배치되어 있다. 제1 내부 전극(12)은 제1 외부 전극(14)에 접속되고, 제2 외부 전극(15)으로부터 이격되어 있다. 제2 내부 전극(13)은 제2 외부 전극(15)에 접속되고, 제1 외부 전극(14)으로부터 이격되어 있다. 이에 의해, Z축 방향으로 인접하는 내부 전극(12, 13)이, 이들 사이의 압전체층(20)에 구동 전압을 인가할 수 있다. 내부 전극(12, 13)은, 예를 들어 직사각형으로 형성된다.
내부 전극(12, 13)은, 압전 세라믹스와의 반응성이 낮은 은(Ag)이나 은-팔라듐(Pd)을 주성분으로 하는 도체, 혹은 구리(Cu), 백금(Pt) 등을 포함하는 도체로 형성할 수 있다. 혹은, 이들 재료에 세라믹 성분이나 유리 성분을 함유시켜도 된다.
표면 전극(16, 17)은, 최외층의 압전체층(20) 상에 각각 배치되고, 제1 표면 전극(16)은 주면(11e) 상, 제2 표면 전극(17)은 주면(11f) 상에 각각 배치된다. 제1 표면 전극(16)은 제1 외부 전극(14)에 접속되고, 제2 외부 전극(15)으로부터 이격되어 있다. 제2 표면 전극(17)은 제2 외부 전극(15)에 접속되고, 제1 외부 전극(14)으로부터 이격되어 있다.
제1 표면 전극(16)은 주면(11e)에 가장 가까운 제2 내부 전극(13)과의 사이의 압전체층(20)에 구동 전압을 인가할 수 있다. 제2 표면 전극(17)은 주면(11f)에 가장 가까운 제1 내부 전극(12)과의 사이의 압전체층(20)에 구동 전압을 인가할 수 있다. 표면 전극(16, 17)과 최외층의 내부 전극(12, 13) 사이의 압전체층(20)은 1층이어도 되고, 복수층이어도 된다.
표면 전극(16, 17)에 의해, 적층 압전체(11)의 압전 활성 영역을 증가시킬 수 있어, 적층 압전체(11) 전체를 신축시킬 수 있다.
표면 전극(16, 17)은, 내부 전극(12, 13)과 마찬가지의 직사각형으로 각각 형성되어도 되지만, 소정의 패턴을 갖고 있어도 된다.
표면 전극(16, 17)은, 은(Ag), 은에 실리카(Si)를 주성분으로 한 유리 등을 함유시킨 은 화합물, 니켈(Ni) 등으로 형성할 수 있다.
외부 전극(14, 15)은, 적층 압전체(11)의 단부면(11a, 11b)을 덮고, 단부면(11a, 11b)에 접속하는 4개의 면(2개의 측면(11c, 11d) 및 2개의 주면(11e, 11f))으로 연장 돌출되어 있다. 이에 의해, 외부 전극(14, 15)의 어느 것에 있어서도, X-Z 평면에 평행한 단면 및 X-Y 평면에 평행한 단면의 형상이 U자 형상으로 되어 있다. 또한, 외부 전극(14, 15)은 단부면(11a, 11b)에만 형성되어 있어도 된다.
외부 전극(14, 15)은, 예를 들어 은, 은에 실리카를 주성분으로 한 유리 등을 함유시킨 은 화합물, 니켈 등을 포함한다.
상기의 구성에 의해, 적층 압전 소자(10)에서는, 제1 외부 전극(14)과 제2 외부 전극(15) 사이에 전압이 인가되면, 제1 내부 전극(12)과 제2 내부 전극(13) 사이의 복수의 압전체층(20)에 전압이 인가된다. 이에 의해, 복수의 압전체층(20)이 X축 방향으로 신축한다. 또한, 표면 전극(16, 17)에 의해 최외층의 압전체층(20)에도 전압이 인가되기 때문에, 압전 활성부(18) 전체를 X축 방향으로 신축시킬 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 따른 적층 압전 소자(10)의 기본 구성은, 도 1∼도 3에 도시한 구성에 한정되지 않고, 적절히 변경 가능하다. 예를 들어, 내부 전극(12, 13)의 매수나 압전체층(20)의 두께는, 적층 압전 소자(10)에 요구되는 사이즈나 성능에 따라서, 적절히 결정 가능하다.
[내부 전극의 상세 구성]
적층 압전 소자(10)는 긴 변 방향인 X축 방향을 따라서 내부 전극(12, 13)이 복수의 기복을 갖는 것을 특징으로 한다.
도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 내부 전극(12, 13)은, X축 방향과 평행한 단면에서 관찰되며 Y축 방향과 평행한 단면에서는 관찰되지 않는 복수의 기복을 갖는다. 여기서, 복수의 내부 전극(12, 13) 중, 적층 압전체(11)의 중앙부에 배치된 내부 전극을 중앙 내부 전극(21)이라 하고, 중앙 내부 전극(21)을 예로 들어 기복의 구성을 설명한다.
또한, 중앙 내부 전극(21)은 제1 내부 전극(12) 및 제2 내부 전극(13) 중 어느 것이어도 된다.
도 2에 도시한 바와 같이, 중앙 내부 전극(21)의 Y축 방향으로부터 본 단면(즉 X축 방향에 평행이며 Y축 방향에 직교하는 단면)을 제1 단면(22)이라 한다. 한편, 도 3에 도시한 바와 같이, 중앙 내부 전극(21)의 X축 방향으로부터 본 단면(즉 Y축 방향에 평행이며 X축 방향에 직교하는 단면)을 제2 단면(23)이라 한다. 이들 도면에 도시한 바와 같이, 제1 단면(22)은 Z축 방향에 대하여 돌출 또는 함몰되는 복수의 기복을 갖지만, 제2 단면(23)은 거의 평탄하게 구성된다. 즉, 제1 단면(22)은 제2 단면(23)보다도 큰 기복을 갖는다. 이것으로부터, 중앙 내부 전극(21)의 전극면에는, Y축 방향을 따른 능선을 갖고 X축 방향으로 진행되는 물결 형상의 기복이 형성되어 있다고 할 수 있다.
이와 같은 기복은, 적어도 중앙 내부 전극(21)이 갖고 있으면 되지만, 도 2에 도시한 바와 같이 모든 내부 전극(12, 13)이 갖고 있어도 된다. 혹은, 중앙 내부 전극(21)을 포함하는 1개 또는 복수의 내부 전극(12, 13)만이 갖고 있어도 된다. 기복의 형상은, 내부 전극(12, 13) 간에 있어서 대략 동일해도 되고, 상이해도 된다.
중앙 내부 전극(21)의 미시적인 형상에 대하여 더 설명한다.
도 4 및 도 5는 모두 주사형 전자 현미경에 의해 세로 50㎛×가로 250㎛의 시야에서 관찰한 적층 압전체(11)의 단면을 도시하는 도면이다. 도 4는 도 2의 확대도에 상당하며, 적층 압전체(11)의 X축 방향 및 Z축 방향에 있어서의 중앙부의 Y축 방향에 직교하는 단면을 도시한다. 도 5는 도 3의 확대도에 상당하며, 적층 압전체(11)의 Y축 방향 및 Z축 방향에 있어서의 중앙부의 X축 방향에 직교하는 단면을 도시한다. 도 4 및 도 5에는, 모두 중앙 내부 전극(21)이 도시되어 있고, 도 4에는 제1 단면(22)의 일부가, 도 5에는 제2 단면(23)의 일부가, 각각 도시되어 있다.
도 4에 도시한 바와 같이, 제1 단면(22)의 Z축 방향의 중앙을 따라서 주행하며 X축 방향으로 100㎛(L)의 길이를 갖는 가상적인 선을, 제1 주행선(22a)이라 규정한다. 또한, 제1 주행선(22a)의 단부점간을 연결하는 가상적인 직선을, 제1 기준선(22b)이라 규정한다. 제1 단면(22)에서는, 제1 기준선(22b)에 대하여 제1 주행선(22a)이 Z축 방향으로 괴리되어 있다. 제1 주행선(22a)의 제1 기준선(22b)에 대한 Z축 방향을 따른 최대 괴리 치수 T1은, 예를 들어 2㎛ 이상이다.
한편, 도 5에 도시한 바와 같이, 제1 단면(22)과 마찬가지로 제2 단면(23)에 대해서도 주행선, 기준선을 규정한다. 즉, 제2 단면(23)의 Z축 방향의 중앙을 따라서 주행하며 Y축 방향으로 100㎛(L)의 길이를 갖는 가상적인 선을, 제2 주행선(23a)이라 규정한다. 또한, 제2 주행선(23a)의 단부점간을 연결하는 가상적인 직선을, 제2 기준선(23b)이라 규정한다. 도 5에 도시한 바와 같이, 제2 단면(23)에서는, 제2 기준선(23b)에 대하여 제2 주행선(23a)이 Z축 방향으로 거의 괴리되어 있지 않고, 제2 주행선(23a)의 제2 기준선(23b)에 대한 Z축 방향을 따른 최대 괴리 치수 T2는 약 0㎛이다. 즉, 최대 괴리 치수 T1은 최대 괴리 치수 T2보다도 크다.
이와 같이, 중앙 내부 전극(21)은 제1 단면(22)에 있어서 관찰되며 제2 단면(23)에서는 관찰되지 않는 미소한 복수의 기복을 갖고 있다. 실험에 의해, 상기 구성의 적층 압전체(11)에 전압이 인가된 경우, X축 방향의 변위량이 높아지는 것이 밝혀졌다. 이하, 당해 실험 결과에 대하여 설명한다.
도 6은 적층 압전 소자의 외부 전극에 인가하는 전압값과 변위량의 관계를 나타내는 그래프이며, 횡축이 전압값[V], 종축이 X축 방향의 변위량[㎚]을 나타낸다. 또한, 실선은, 중앙 내부 전극(21)이 기복을 갖는 본 실시 형태의 실시예에 따른 압전 적층 소자의 결과를 나타낸다. 파선은, 전체적으로 평탄한 내부 전극을 갖는 본 실시 형태의 비교예에 따른 압전 적층 소자의 결과를 나타낸다.
도 6에 도시한 바와 같이, 실시예에 따른 압전 적층 소자는, 비교예에 따른 압전 적층 소자와 비교하여, 동일한 전압을 인가한 경우에 X축 방향의 변위량이 약 20％ 높아지는 것이 확인되었다. 이 이유로서는 몇 가지가 생각되지만, 하나는, 기복에 의해 내부 전극(12, 13)의 표면적이 커져, 동일한 전압을 인가하였을 때의 구동 전류가 높아지는 것을 들 수 있다. 또한, 전계 분포의 기여나, 내부 전극에 의한 압전체에의 구속력의 저하 등, 복수의 요인이 있다고도 생각된다.
[적층 압전 소자(10)의 기본적인 제조 방법]
도 7은 적층 압전 소자(10)의 제조 방법을 설명하는 플로우차트이다. 도 8∼도 9는 적층 압전 소자(10)의 제조 과정을 도시하는 도면이다. 이하, 적층 압전 소자(10)의 기본적인 제조 방법에 대하여, 도 7을 따라서, 도 8∼도 9를 적절히 참조하면서 설명한다.
(스텝 S01 : 세라믹 시트 적층)
스텝 S01에서는, 도 8에 도시한 바와 같이, 적층 압전체(11)를 형성하기 위한 제1 세라믹 시트(101), 제2 세라믹 시트(102), 제3 세라믹 시트(103) 및 제4 세라믹 시트(104)를 적층하여, 세라믹 적층체(105)를 제작한다. 본 스텝에서는, 제1 세라믹 시트(101) 및 제2 세라믹 시트(102)가 Z축 방향으로 교대로 적층되고, 이 적층체의 상하면에 각각 제3 세라믹 시트(103) 및 제4 세라믹 시트(104)가 적층된다. 또한, 각 세라믹 시트의 적층 매수는 도 8의 예에 한정되지 않는다.
세라믹 시트(101, 102, 103, 104)는, 압전 세라믹스를 주성분으로 하는 미소성의 압전체 그린 시트로서 구성된다. 압전체 그린 시트는, 압전 세라믹스의 하소 분말과, 유기 고분자를 포함하는 바인더와, 가소제를 혼합하여 세라믹 슬러리를 제작하고, 예를 들어 롤 코터나 닥터 블레이드 등을 사용하여 시트 형상으로 성형된다.
도 8에 도시한 바와 같이, 제1 세라믹 시트(101)에는 제1 내부 전극(12)에 대응하는 미소성의 제1 내부 전극(112)이 형성되고, 제2 세라믹 시트(102)에는 제2 내부 전극(13)에 대응하는 미소성의 제2 내부 전극(113)이 형성되어 있다. 또한, 제3 세라믹 시트(103)에는, 제1 표면 전극(16)에 대응하는 미소성의 제1 표면 전극(114)이 형성된다. 제4 세라믹 시트(104)의 한쪽의 면에는 제1 내부 전극(12)에 대응하는 미소성의 제1 내부 전극(112)이 형성되고, 다른 쪽의 면에는 제2 표면 전극(17)에 대응하는 미소성의 제2 표면 전극(115)이 형성된다.
내부 전극(112, 113) 및 표면 전극(114, 115)은, 임의의 도전성 페이스트를 세라믹 시트(101, 102, 103, 104)에 도포함으로써 형성할 수 있다. 도전성 페이스트의 도포 방법은, 공지의 기술로부터 임의로 선택 가능하며, 예를 들어 스크린 인쇄법이나 그라비아 인쇄법을 사용할 수 있다.
또한, 세라믹 시트(103, 104) 각각과 세라믹 시트(101, 102)의 적층 구조 사이에, 도전성 페이스트가 도포되어 있지 않은 세라믹 시트를 1개 또는 복수매 배치하는 것도 가능하다. 이에 의해, 표면 전극(16, 17)과 내부 전극(12, 13) 사이의 압전체층(20)의 두께를 조정할 수 있다. 또한, 이 경우, 제4 세라믹 시트(104)에는 내부 전극이 형성되지 않고, 제2 표면 전극(115)만이 형성된다.
(스텝 S02 : 압착)
스텝 S02에서는, 세라믹 적층체(105)를 압착한다. 이에 의해 세라믹 시트(101, 102, 103, 104)가 일체화되어, 도 9에 도시한 미소성의 적층 칩(111)이 형성된다. 적층 칩(111)은 소성 전 또한 분극 처리 전의 적층 압전체(11)에 상당한다. 세라믹 적층체(105)의 압착에는, 예를 들어 1축 가압이나 정수압 가압 등을 사용하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 적층 칩(111)을 고밀도화하는 것이 가능하다.
도 9는 스텝 S02에서 얻어지는 적층 칩(111)의 사시도이다. 적층 칩(111)에는, 압전 활성부(116) 및 사이드 마진부(117)가 형성되어 있다. 내부 전극(112, 113)의 사이에는 세라믹층(118)이 형성되어 있고, 최상면 및 최하면에는 각각 표면 전극(114, 115)이 형성되어 있다.
또한, 적층 칩(111)에 대응하는 복수의 영역이 형성된 적층 시트를 압착 후 절단하여, 적층 칩(111)을 개편화해도 된다. 이 경우, 적층 시트를 구성하는 세라믹 시트는, 복수의 내부 전극 및 표면 전극에 대응하는 전극 패턴을 갖고 있다. 이에 의해, 하나의 적층 시트로부터 복수의 적층 칩을 제작할 수 있다.
또한, 압전 활성부(116)만을 포함하는 적층체를 형성한 후, 당해 적층체의 양측면에 사이드 마진부(117)를 형성해도 된다.
(스텝 S03 : 소성)
스텝 S03에서는, 스텝 S02에서 얻어진 미소성의 적층 칩(111)을 소결시킴으로써, 적층 압전체(11)에 대응하는 적층 칩을 제작한다. 본 스텝에 의해 얻어진 적층 칩은, 분극 처리 전의 적층 압전체(11)에 상당하고, 도 1∼도 3에 도시한 적층 압전체(11)와 마찬가지의 구성을 갖는다.
스텝 S03에 있어서의 소성 방법은, 적층 칩(111)의 조성이나 소결 온도에 기초하여 결정 가능하다. 예를 들어, 300∼500℃에서 탈바인더 처리를 행한 후, 900∼1200℃ 정도에서 소성할 수 있다. 또한, 소성은, 예를 들어 환원 분위기 하에서, 대기 분위기 하, 또는 저산소 분압 분위기 하에서 행할 수 있다.
(스텝 S04 : 외부 전극 형성)
스텝 S04에서는, 스텝 S03에서 얻어진 적층 칩에 외부 전극(14, 15)을 형성함으로써, 적층 압전 소자(10)에 대응하는 세라믹 소자를 제작한다. 본 스텝에 의해 얻어진 세라믹 소자는, 분극 처리 전의 적층 압전 소자(10)에 상당하고, 도 1∼도 3에 도시한 적층 압전 소자(10)와 마찬가지의 구성을 갖는다.
스텝 S04에서는, 예를 들어 소성 후의 적층 칩의 X축 방향 양 단부면을 덮도록 미소성의 전극 재료를 도포한다. 전극 재료는, 예를 들어 은(Ag) 등을 주성분으로 한 도전성 페이스트여도 된다. 도포된 미소성의 전극 재료를, 예를 들어 환원 분위기 하, 대기 분위기 하 또는 저산소 분압 분위기 하에서 베이킹을 행함으로써, 외부 전극(14, 15)이 형성된다. 또한, 외부 전극(14, 15)의 형성 방법은, 밀착성이 양호하고 내부 전극 및 표면 전극에의 통전이 양호하면 되고, 스퍼터링법, 진공 증착법 등을 사용해도 된다.
또한, 상기의 스텝 S04에 있어서의 처리의 일부를, 스텝 S03 전에 행해도 된다. 예를 들어, 스텝 S03 전에 미소성의 적층 칩(111)의 X축 방향 양 단부면에 미소성의 전극 재료를 도포해도 된다. 이에 의해, 스텝 S03에 있어서, 미소성의 적층 칩(111)의 소성과 전극 재료의 베이킹을 동시에 행할 수 있다.
(스텝 S05 : 분극 처리)
스텝 S05에서는, 소성 후의 적층 칩을 분극 처리하여 압전 활성을 부여한다. 분극 처리에는, 외부 전극(14, 15)을 사용하여 적층 압전체(11)에 전압을 인가해도 되고, 그 밖의 급전 부재를 내부 전극(12, 13) 및 표면 전극(16, 17)에 접속하여 전압을 인가해도 된다.
이에 의해, 적층 압전 소자(10)가 제조된다.
또한, 스텝 S05를 스텝 S04 전에 행해도 된다. 이 경우에는, 급전 부재를 내부 전극(12, 13) 및 표면 전극(16, 17)에 접속하여 전압을 인가한다. 이것에 의해서도, 소성 후의 적층 압전체(11)에 대하여 분극 처리를 행할 수 있다.
[내부 전극의 제조 방법]
본 실시 형태에 따른 적층 압전 소자(10)의 내부 전극(12, 13)은, 이하와 같이 제조할 수 있다.
예를 들어, 스텝 S02의 압착 공정에 있어서, 탄성 변형 가능한 고무를 포함하는 러버 시트를 갖는 프레스 장치를 사용하여 1축 가압할 수 있다. 구체적으로는, 프레스 장치의 상판과 하판의 양쪽에 러버 시트를 설치하고, 이들 러버 시트의 사이에 세라믹 적층체(105)를 배치하여, 1축 가압한다. 러버 시트는, 가압 시에, 세라믹 적층체(105)의 미소한 두께의 차이 등에 의해 탄성 변형된다. 변형된 러버 시트에 의해 압착됨으로써, 기복을 갖는 내부 전극(112, 113)을 형성할 수 있다.
혹은, 그린 시트 또는 내부 전극의 조성을 조정하고, 소성 시에 있어서의 그린 시트와 도전성 페이스트의 수축률의 차에 의해 내부 전극(12, 13)을 형성해도 된다. 혹은, 재료의 조성을 조정함과 함께, 압착 시에 러버 시트를 사용해도 된다.
[변형예]
도 10 및 도 11은 본 실시 형태의 변형예에 따른 적층 압전 소자(30)의 구성을 도시하는 도면이다. 도 10은 Y축 방향에 직교하는 단면도이며, 도 2에 대응한다. 도 11은 X축 방향에 직교하는 단면도이며, 도 3에 대응한다. 적층 압전 소자(30)는 적층 압전체(11)와, 제1 외부 전극(14)과, 제2 외부 전극(15)과, 복수의 제1 내부 전극(32)과, 복수의 제2 내부 전극(33)과, 제1 표면 전극(16)과, 제2 표면 전극(17)을 구비하고, 내부 전극(32, 33)의 구성이 적층 압전 소자(10)와는 상이하다. 이하, 마찬가지의 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 설명을 생략한다.
본 변형예에 있어서, 내부 전극(32, 33) 중, 적층 압전체(11)의 중앙부에 배치된 중앙 내부 전극(41)의 전극면에는, 중앙 내부 전극(21)과 마찬가지의 기복이 형성된다. 한편, 내부 전극(32, 33) 중, 주면(11e)에 가장 가까운 위치에 배치된 주연 내부 전극(44)은, 전체로서 평탄하게 형성된다. 또한, 중앙 내부 전극(41) 및 주연 내부 전극(44)은 제1 내부 전극(32) 및 제2 내부 전극(33) 중 어느 것이어도 된다. 또한, 주연 내부 전극(44)은 내부 전극(32, 33) 중 주면(11f)에 가장 가까운 위치에 배치된 것이어도 된다.
도 10에 도시한 바와 같이, 중앙 내부 전극(41)의 Y축 방향으로부터 본 단면(즉 X축 방향에 평행이며 Y축 방향에 직교하는 단면)을 제1 단면(42)이라 한다. 또한, 도 11에 도시한 바와 같이, 중앙 내부 전극(41)의 X축 방향으로부터 본 단면(즉 Y축 방향에 평행이며 X축 방향에 직교하는 단면)을 제2 단면(43)이라 한다. 이들 도면에 도시한 바와 같이, 제1 단면(42)은 Z축 방향에 대하여 돌출 또는 함몰되는 복수의 기복을 갖지만, 제2 단면(43)은 거의 평탄하게 구성된다. 이것으로부터, 중앙 내부 전극(41)의 전극면에도, Y축 방향을 따른 능선을 갖고 X축 방향으로 진행되는 물결 형상의 기복이 형성되어 있다고 할 수 있다.
한편, 도 10에 도시한 바와 같이, 주연 내부 전극(44)의 Y축 방향으로부터 본 단면(즉 X축 방향에 평행이며 Y축 방향에 직교하는 단면)을 제3 단면(45)이라 하고, 도 11에 도시한 바와 같이, 주연 내부 전극(44)의 X축 방향으로부터 본 단면(즉 Y축 방향에 평행이며 X축 방향에 직교하는 단면)을 제4 단면(46)이라 한다. 이들 도면에 도시한 바와 같이, 제3 단면(45) 및 제4 단면(46) 모두, 거의 평탄하게 구성된다. 이것으로부터, 주연 내부 전극(44)은 전체로서 평탄하게 구성된다고 할 수 있다.
중앙 내부 전극(41) 및 주연 내부 전극(44)의 미시적인 형상에 대하여 더 설명한다.
도 12 및 도 13은 모두 주사형 전자 현미경에 의해 세로 50㎛×가로 250㎛의 시야에서 관찰한 적층 압전체(11)의 단면을 도시하는 도면이다. 도 12는 도 10의 확대도에 상당하며, 적층 압전체(11)의 X축 방향 및 Z축 방향에 있어서의 중앙부의 Y축 방향에 직교하는 단면을 도시한다. 도 13도 도 10의 확대도에 상당하며, 적층 압전체(11)의 Y축 방향에 있어서의 중앙부이며 또한 주면(11e) 부근의 단면을 도시하는 도면이다. 도 12에는 중앙 내부 전극(41)의 제1 단면(42)의 일부가 도시되어 있고, 도 13에는 주연 내부 전극(44)의 제3 단면(45)의 일부가 도시되어 있다.
도 12에 도시한 바와 같이, 제1 단면(42)의 Z축 방향의 중앙을 따라서 주행하며 X축 방향으로 100㎛(L)의 길이를 갖는 가상적인 선을, 제1 주행선(42a)이라 규정한다. 또한, 제1 주행선(42a)의 단부점간을 연결하는 가상적인 직선을, 제1 기준선(42b)이라 규정한다. 제1 단면(42)에서는, 제1 기준선(42b)에 대하여 제1 주행선(42a)이 Z축 방향으로 괴리되어 있다. 제1 주행선(42a)의 제1 기준선(42b)에 대한 Z축 방향을 따른 최대 괴리 치수 T1'는, 예를 들어 2㎛ 이상이다.
한편, 도 13에 도시한 바와 같이, 제3 단면(45)에 대해서도 주행선, 기준선을 규정한다. 즉, 제3 단면(45)의 Z축 방향의 중앙을 따라서 주행하며 X축 방향으로 100㎛(L)의 길이를 갖는 가상적인 선을, 제3 주행선(45a)이라 규정한다. 또한, 제3 주행선(45a)의 단부점간을 연결하는 가상적인 직선을, 제3 기준선(45b)이라 규정한다. 도 13에 도시한 바와 같이, 제3 단면(45)에서는, 제3 기준선(45b)에 대하여 제3 주행선(45a)이 Z축 방향으로 거의 괴리되어 있지 않고, 제3 주행선(45a)의 제3 기준선(45b)에 대한 Z축 방향을 따른 최대 괴리 치수 T3은 약 0㎛이다. 즉, 최대 괴리 치수 T1'는 최대 괴리 치수 T3보다도 크다.
이와 같이, 중앙부에 배치된 중앙 내부 전극(41)에 기복이 형성되어 있으면, 주면(11e, 11f) 부근의 주연 내부 전극(44)에 기복이 형성되어 있지 않아도 된다. 이 구성에 의해서도, 도 6에서 설명한 실험과 마찬가지의 실험에 의해, 적층 압전체(11)의 변위량을 높일 수 있는 것이 확인되었다.
또한, 적층 압전체(11)의 중앙부에 배치된 1개 또는 복수의 내부 전극(32, 33)만이 기복을 갖고 있어도 되고, 중앙부로부터 주면(11e, 11f) 부근의 내부 전극(32, 33)에 근접함에 따라 점차 기복이 작아지도록 구성해도 된다.
[압전 진동 장치]
적층 압전 소자(10)는 압전 횡효과에 의해 X축 방향으로 동작하는 압전 액추에이터로서 널리 이용 가능하다. 적층 압전 소자(10)의 용도의 일례로서, 진동을 발생시키는 압전 진동 장치를 들 수 있다. 이하, 적층 압전 소자(10)를 사용하여 구성된 유니몰프형의 압전 진동 장치(50)에 대하여 설명한다.
도 14는 압전 진동 장치(50)의 단면도이다. 압전 진동 장치(50)는 적층 압전 소자(10)와, 진동판(51)과, 접착층(52)을 구비한다. 진동판(51)은 XY 평면을 따라서 연장되는 평판으로서 구성되며, 적층 압전 소자(10)의 제1 주면(11e)에 대향하여 배치되어 있다. 접착층(52)은 적층 압전 소자(10)와 진동판(51) 사이에 배치되어 있다.
진동판(51)은, 예를 들어 금속이나 유리 등으로 형성되며, Z축 방향으로 가요성을 갖는다. 접착층(52)은 수지 재료 등에 의해 형성되며, 적층 압전 소자(10)와 진동판(51)을 접합하고 있다. 접착층(52)은 적층 압전 소자(10)의 Z축 방향 하부에 밀착되며, 진동판(51)의 Z축 방향 상면에 밀착되어 있다.
접착층(52)은 적층 압전체(11)의 제1 주면(11f)과 진동판(51) 사이에 충전되며, 적층 압전체(11)와 진동판(51)을 광범위로 접합하고 있다. 이에 의해, 압전 진동 장치(50)에서는, 적층 압전 소자(10)와 진동판(51) 사이에 있어서의 접착층(52)을 개재한 높은 접합 강도가 얻어진다.
압전 진동 장치(50)에서는, 접착층(52)에 의한 적층 압전 소자(10)와 진동판(51)의 접합 강도가 높기 때문에, 적층 압전 소자(10)를 크게 신축시킨 경우에도, 적층 압전 소자(10)가 진동판(51)으로부터 박리되기 어렵다. 이 때문에, 압전 진동 장치(50)에서는, 진동판(51)의 큰 진동이 유지된다.
[전자 기기]
도 15a, 도 15b는 적층 압전 소자(10)를 사용한 전자 기기(60)를 모식적으로 도시하는 도면이다. 도 15a는 전자 기기(60)의 평면도이다. 도 15b는 전자 기기(60)의 도 15a의 C-C'선을 따른 단면도이다. 전자 기기(60)는 일반적으로 스마트폰이라 불리는 다기능형의 휴대 통신 단말기로서 구성된다.
전자 기기(60)는 적층 압전 소자(10)와, 하우징(61)과, 패널(62)을 갖는다. 하우징(61)은 XY 평면을 따라서 직사각형으로 연장되는 저판(61a)과, 저판(61a)의 주연으로부터 Z축 방향 상방으로 연장되는 프레임체(61b)를 갖고, Z축 방향 상방으로 개방된 상자형으로 형성되어 있다. 패널(62)은 XY 평면을 따라서 직사각형으로 연장되며, 하우징(61)을 Z축 방향 상방으로부터 폐색하고 있다.
하우징(61)은 전자 기기(60)의 다양한 기능을 실현하기 위한 회로 기판이나 전자 부품 등의 각 구성(도시하지 않음)을 수용한다. 패널(62)은 터치 패널로서 구성되어 있다. 즉, 패널(62)은 화상을 표시하는 화상 표시 기능과, 유저의 손가락 등에 의한 입력 조작을 검출하는 입력 기능을 겸비하고 있다.
또한, 패널(62)은 터치 패널에 한정되지 않고, 상기와 같은 구성을 갖지 않아도 된다. 예를 들어, 패널(62)은 화상 표시 기능을 갖지 않고, 입력 기능만을 갖는 터치 패드이어도 된다. 또한, 패널(62)은 전자 기기(60)에 별도로 설치된 터치 패널을 보호하는 보호 패널이어도 된다.
적층 압전 소자(10)는 패널(62)의 Z축 방향 하면에 접착되며, 하우징(61) 내에 있어서 저판(61a)에 대향하고 있다. 패널(62)의 Z축 방향 하면에 있어서의 적층 압전 소자(10)의 위치는 임의로 결정 가능하다. 전자 기기(60)에서는, 패널(62)이 도 14에 도시한 압전 진동 장치(50)에 있어서의 진동판(51)의 기능을 행한다.
즉, 전자 기기(60)는 적층 압전 소자(10)의 X축 방향으로의 신축에 의해, 패널(62)을 진동시킬 수 있다. 이 때문에, 패널(62)은 양호하게 진동 가능한 유리나 아크릴 수지 등을 주원료로 하는 것이 바람직하다. 또한, 적층 압전 소자(10)와 패널(62)을 접착하는 접착층은, 압전 진동 장치(50)의 접착층(52)과 마찬가지의 구성인 것이 바람직하다.
전자 기기(60)는 패널(62)을 진동시켜, 기도나 골전도 등에 의해 소리를 발생시킴으로써 유저에게 음성 정보를 제공할 수 있다. 또한, 전자 기기(60)는 패널(62)을 진동시킴으로써, 예를 들어 패널(62)에 대하여 입력 조작을 행하는 유저에 대하여 촉각을 제시할 수도 있다.
또한, 패널(62)의 Z축 방향 상면은 전형적으로는 평면이지만, 예를 들어 만곡면 등이어도 된다. 또한, 전자 기기(60)는 스마트폰에 한정되지 않고, 예를 들어 태블릿 단말기, 노트북 컴퓨터, 휴대 전화, 손목 시계, 포토스탠드, 각종 기기의 리모컨이나 조작부 등으로서 구성되어 있어도 된다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 상술한 실시 형태에만 한정되는 것은 아니고 다양한 변경을 가할 수 있는 것은 물론이다.
예를 들어, 적층 압전 소자(10)가 표면 전극(16, 17)을 갖는다고 설명하였지만, 표면 전극을 갖지 않아도 된다. 이 경우, 적층 압전체(11)의 주면(11e, 11f) 부근에는 절연성 세라믹스로 형성된 커버부가 형성된다. 이에 의해, 압전 적층체의 Z축 방향에 관해서도 커버부로 보호할 수 있다.
10, 30 : 적층 압전 소자
11 : 적층 압전체
12, 13, 32, 33 : 내부 전극
21, 41 : 중앙 내부 전극
22, 42 : 제1 단면
23, 43 : 제2 단면
44 : 주연 내부 전극
45 : 제3 단면
50 : 압전 진동 장치
51 : 진동판
52 : 접착층
60 : 전자 기기
61 : 하우징
62 : 패널

Claims (8)

  1. 제1 축 방향으로 대향하는 한 쌍의 주면과, 상기 제1 축 방향에 직교하며 긴 변 방향인 제2 축 방향으로 대향하는 한 쌍의 단부면과, 상기 제1 축 방향 및 상기 제2 축 방향에 직교하는 제3 축 방향으로 대향하는 한 쌍의 측면을 갖는 적층 압전체와,
    상기 적층 압전체의 내부에 배치되며, 상기 제1 축 방향으로 적층된 복수의 내부 전극
    을 구비하고,
    상기 복수의 내부 전극 중, 상기 적층 압전체의 상기 제1 축 방향 중앙부에 배치된 중앙 내부 전극은 상기 제2 축 방향으로 진행되며 상기 제1 축 방향에 대하여 돌출 또는 함몰되는 물결 형상의 복수의 기복을 가지며,
    상기 중앙 내부 전극의 상기 제3 축 방향으로부터 본 제1 단면은, 상기 중앙 내부 전극의 상기 제2 축 방향으로부터 본 제2 단면보다도 큰 기복을 갖는 적층 압전 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 단면의 상기 제1 축 방향에 있어서의 중앙을 따라서 주행하며 상기 제2 축 방향으로 100㎛의 길이를 갖는 제1 주행선과, 상기 제1 주행선의 단부점간을 연결하는 직선인 제1 기준선의 상기 제1 축 방향에 있어서의 최대 괴리 치수는, 상기 제2 단면의 상기 제1 축 방향에 있어서의 중앙을 따라서 주행하며 상기 제3 축 방향으로 100㎛의 길이를 갖는 제2 주행선과, 상기 제2 주행선의 단부점간을 연결하는 직선인 제2 기준선의 상기 제1 축 방향에 있어서의 최대 괴리 치수보다도 큰 적층 압전 소자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 주행선과 상기 제1 기준선의 상기 최대 괴리 치수는 2㎛ 이상인 적층 압전 소자.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 내부 전극 중, 상기 적층 압전체의 상기 한 쌍의 주면 중 한쪽의 주면에 가장 가까운 위치에 배치된 주연 내부 전극의 상기 제3 축 방향으로부터 본 제3 단면보다도, 상기 제1 단면은 큰 기복을 갖는 적층 압전 소자.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 적층 압전 소자와,
    상기 적층 압전 소자에 대하여 상기 제1 축 방향으로 대향하는 진동판과,
    상기 적층 압전 소자와 상기 진동판 사이에 배치된 접착층
    을 구비하는 압전 진동 장치.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 적층 압전 소자와,
    상기 적층 압전 소자가 상기 제1 축 방향으로 대향한 상태에서 접착된 패널과,
    상기 패널을 보유 지지하는 하우징
    을 구비하는 전자 기기.
  7. 제4항에 기재된 적층 압전 소자와,
    상기 적층 압전 소자에 대하여 상기 제1 축 방향으로 대향하는 진동판과,
    상기 적층 압전 소자와 상기 진동판 사이에 배치된 접착층
    을 구비하는 압전 진동 장치.
  8. 제4항에 기재된 적층 압전 소자와,
    상기 적층 압전 소자가 상기 제1 축 방향으로 대향한 상태에서 접착된 패널과,
    상기 패널을 보유 지지하는 하우징
    을 구비하는 전자 기기.
KR1020180071401A 2017-06-22 2018-06-21 적층 압전 소자, 압전 진동 장치 및 전자 기기 KR102122891B1 (ko)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2017-122193 2017-06-22
JP2017122193 2017-06-22
JP2018045559A JP7071172B2 (ja) 2017-06-22 2018-03-13 積層圧電素子、圧電振動装置、及び電子機器
JPJP-P-2018-045559 2018-03-13

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190000317A KR20190000317A (ko) 2019-01-02
KR102122891B1 true KR102122891B1 (ko) 2020-06-15

Family

ID=64693650

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180071401A KR102122891B1 (ko) 2017-06-22 2018-06-21 적층 압전 소자, 압전 진동 장치 및 전자 기기

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11437560B2 (ko)
KR (1) KR102122891B1 (ko)
CN (1) CN109119529B (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220098300A (ko) 2021-01-02 2022-07-12 한국전자기술연구원 적층 압전 소자 및 그를 포함하는 압전 액추에이터

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106951130B (zh) * 2017-03-28 2019-09-03 京东方科技集团股份有限公司 一种阵列基板、显示面板、显示设备及阵列基板制备方法
US11889767B2 (en) 2019-03-14 2024-01-30 Taiyo Yuden Co., Ltd. Multilayer piezoelectric ceramic and method for manufacturing same, multilayer piezoelectric element, as well as piezoelectric vibration apparatus

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001244138A (ja) * 2000-02-29 2001-09-07 Kyocera Corp 積層型電子部品およびその製法
KR101528797B1 (ko) * 2014-04-22 2015-06-15 울산대학교 산학협력단 압전 고분자를 사용한 햅틱 피드백 디바이스

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3006518B2 (ja) * 1996-11-15 2000-02-07 日本電気株式会社 積層セラミック電子部品とその製造方法
DE102007004813B4 (de) * 2007-01-31 2016-01-14 Continental Automotive Gmbh Verfahren zur Herstellung eines piezokeramischen Vielschichtaktors
JP5235090B2 (ja) * 2008-03-28 2013-07-10 富士フイルム株式会社 積層型圧電素子及びその製造方法
KR20100012142A (ko) 2008-07-28 2010-02-08 주식회사 제닉슨 압전 복합체를 이용한 에너지 생성 장치 및 그 제조 방법
US7911113B1 (en) * 2009-09-02 2011-03-22 Ngk Insulators, Ltd. Piezoelectric/electrostrictive element and method of manufacturing piezoelectric/electrostrictive element
EP2854192B1 (en) * 2012-05-14 2018-03-07 Kyocera Corporation Piezoelectric actuator, piezoelectric vibration device, and mobile terminal
JP5556857B2 (ja) * 2012-06-22 2014-07-23 Ｔｄｋ株式会社 積層型圧電素子
JP5591292B2 (ja) * 2012-09-14 2014-09-17 Ｔｄｋ株式会社 圧電素子ユニット
KR101422926B1 (ko) * 2012-10-26 2014-07-23 삼성전기주식회사 적층 칩 전자부품 및 그 실장 기판
US9812630B2 (en) 2012-10-31 2017-11-07 Kyocera Corporation Piezoelectric element, and piezoelectric vibrating device, portable terminal, acoustic generator, acoustic generating device and electronic apparatus including the same
JP5673752B2 (ja) * 2013-07-25 2015-02-18 Tdk株式会社 圧電アクチュエータ
JP2015135957A (ja) * 2013-12-18 2015-07-27 キヤノン株式会社 圧電素子、積層圧電素子、液体吐出装置、超音波モータ
US9147826B2 (en) * 2014-01-23 2015-09-29 Tdk Corporation Thin film piezoelectric element, thin film piezoelectric actuator, and thin film piezoelectric sensor; and hard disk drive, and inkjet printer
JP6360902B2 (ja) 2014-09-30 2018-07-18 太陽誘電株式会社 電子機器
JP6367693B2 (ja) 2014-11-21 2018-08-01 京セラ株式会社 圧電素子、圧電振動装置、音響発生器、音響発生装置および電子機器
WO2016103514A1 (ja) * 2014-12-26 2016-06-30 セイコーエプソン株式会社 圧電材料及びその製造方法、並びに圧電素子及び圧電素子応用デバイス

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001244138A (ja) * 2000-02-29 2001-09-07 Kyocera Corp 積層型電子部品およびその製法
KR101528797B1 (ko) * 2014-04-22 2015-06-15 울산대학교 산학협력단 압전 고분자를 사용한 햅틱 피드백 디바이스

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220098300A (ko) 2021-01-02 2022-07-12 한국전자기술연구원 적층 압전 소자 및 그를 포함하는 압전 액추에이터

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190000317A (ko) 2019-01-02
US11437560B2 (en) 2022-09-06
CN109119529A (zh) 2019-01-01
US20180375010A1 (en) 2018-12-27
CN109119529B (zh) 2022-06-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9813823B2 (en) Piezoelectric element, and piezoelectric vibrating apparatus, portable terminal, sound generator, sound generating apparatus, and electronic device comprising the piezoelectric element
US8952598B2 (en) Piezoelectric actuator, piezoelectric vibration apparatus and portable terminal having a region that is not flat for bonding to a flexible substrate
TWI520389B (zh) Piezoelectric actuators, piezoelectric vibrators and mobile terminals
KR102122891B1 (ko) 적층 압전 소자, 압전 진동 장치 및 전자 기기
CN109390461B (zh) 层叠压电元件、压电振动装置和电子设备
CN109285943B (zh) 层叠压电元件、压电振动装置和电子设备
US9590162B2 (en) Piezoelectric vibration component and portable terminal
JP7071172B2 (ja) 積層圧電素子、圧電振動装置、及び電子機器
CN111279498B (zh) 振动器件
JP2015216373A (ja) 圧電素子及びこれを含む圧電振動モジュール
JP7116388B2 (ja) 積層圧電素子、圧電振動装置、及び電子機器
US11557712B2 (en) Vibration generating device and electronic equipment
KR101579121B1 (ko) 압전 액추에이터, 압전 진동 장치 및 휴대 단말
JP6741609B2 (ja) 圧電アクチュエータ、圧電振動装置および電子機器
CN109273589B (zh) 层叠压电元件、压电振动装置和电子设备
JP7131924B2 (ja) 積層圧電素子、圧電振動装置、及び電子機器
JP7125031B2 (ja) 積層圧電素子、圧電振動装置、及び電子機器
JP7441036B2 (ja) 圧電振動素子、振動発生装置及び電子機器
CN111770797B (zh) 振动器件及压电元件
JP4986486B2 (ja) 積層型圧電素子およびこれを用いた噴射装置
JP5449433B2 (ja) 積層型圧電素子およびこれを用いた噴射装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application
X091 Application refused [patent]
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant