JPH0685451B2 - 積層型圧電バイモルフ素子及びその使用方法 - Google Patents
積層型圧電バイモルフ素子及びその使用方法Info
- Publication number
- JPH0685451B2 JPH0685451B2 JP60032356A JP3235685A JPH0685451B2 JP H0685451 B2 JPH0685451 B2 JP H0685451B2 JP 60032356 A JP60032356 A JP 60032356A JP 3235685 A JP3235685 A JP 3235685A JP H0685451 B2 JPH0685451 B2 JP H0685451B2
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- JP
- Japan
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- piezoelectric
- electrode
- laminate
- electrodes
- external electrode
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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
- 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
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 本発明は、電圧印加により機械的変位を生じる圧電バイ
モルフ素子及びその使用方法に関するものである。
モルフ素子及びその使用方法に関するものである。
圧電バイモルフ素子は、電磁式変位素子と比較して、単
純構造、省エネルギ、低コスト等の長所を有し、また圧
電縦効果歪素子と比較し、低電圧で大きな機械的変位が
得られる長所を有している。また、圧電バイモルフ素子
への印加電圧により変位量を高精度に調節することが可
能であるという特徴を有する。従って、近年この素子は
電磁式変位素子に変わりリレー、スイッチ、プリンタ、
精密度Ｘ−Ｙテーブル等の駆動素子として用いられつつ
ある。
純構造、省エネルギ、低コスト等の長所を有し、また圧
電縦効果歪素子と比較し、低電圧で大きな機械的変位が
得られる長所を有している。また、圧電バイモルフ素子
への印加電圧により変位量を高精度に調節することが可
能であるという特徴を有する。従って、近年この素子は
電磁式変位素子に変わりリレー、スイッチ、プリンタ、
精密度Ｘ−Ｙテーブル等の駆動素子として用いられつつ
ある。
従来の圧電バイモルフ素子は、例えば第１図に示す如
く、金属等の弾性体薄板（以下システム材と称す）２を
介して、表裏面に電極層３を形成した圧電体薄板１を上
下２枚接着した構造が一般的である。この素子は片端固
定のたわみ現象を利用するもので、圧電体厚みを薄くす
ることにより、力は弱いが大きな変位が得られる。但し
機械的強度が低下するのでシム材を接着し、補強する必
要がある。
く、金属等の弾性体薄板（以下システム材と称す）２を
介して、表裏面に電極層３を形成した圧電体薄板１を上
下２枚接着した構造が一般的である。この素子は片端固
定のたわみ現象を利用するもので、圧電体厚みを薄くす
ることにより、力は弱いが大きな変位が得られる。但し
機械的強度が低下するのでシム材を接着し、補強する必
要がある。
しかしながら、従来構造の圧電バイモルフ素子は、圧電
体薄板の製造、電極形成、シム材への接着等と製造工程
が複雑であり、かつ薄板を使用するので歩留りが悪いと
いう欠点がある。また、シム材への接着のため接着材を
用いるので、接着層の変位及び応力の吸収、長期使用時
の接着層の変質等の接着剤の影響を回避することは不可
能である。
体薄板の製造、電極形成、シム材への接着等と製造工程
が複雑であり、かつ薄板を使用するので歩留りが悪いと
いう欠点がある。また、シム材への接着のため接着材を
用いるので、接着層の変位及び応力の吸収、長期使用時
の接着層の変質等の接着剤の影響を回避することは不可
能である。
本発明はかかる点に鑑み、圧電体生シート及び電極パタ
ーン印刷した圧電体生シートを複数積層圧着し焼結した
構造の圧電バイモルフ素子において、圧電体層を境界と
してその上下に互いに対向電極を形成する内部電極層を
具備する圧電体層から成り、該圧電体内部電極が表面露
出端部で境界の圧電体層の上下で分割した外部電極に接
続し、四端子電極を構成することにより、従来の欠点を
解消したこの種の素子を提案することを主たる目的とす
る。
ーン印刷した圧電体生シートを複数積層圧着し焼結した
構造の圧電バイモルフ素子において、圧電体層を境界と
してその上下に互いに対向電極を形成する内部電極層を
具備する圧電体層から成り、該圧電体内部電極が表面露
出端部で境界の圧電体層の上下で分割した外部電極に接
続し、四端子電極を構成することにより、従来の欠点を
解消したこの種の素子を提案することを主たる目的とす
る。
以下本発明の一実施例について図面を参照しながら詳細
に説明する。
に説明する。
第２図は本発明の一例を示すバイモルフ素子の斜視図で
ある。11は圧電体層を示し、これは200μｍの厚さで構
成されている。そしてこの中央の圧電体層11の上下面
に、夫々厚み60μｍで４層構成の対向内部電極12a,12b
を有する圧電体積層体12が形成される。そして各層の内
部電極は圧電体生シートの一面に印刷され、４枚の生シ
ートの積層により最外側に電極面が露出せず圧電体層11
に接する最内側に電極面が露出される。更に各内部電極
12a,12bは、第２図に示すように、各層の電極を左右に
交互に露出させて電圧印加による分極を可能にする。例
えば内部電極12aは上から第1,3電極を左側端面に露出せ
ず右側端面に露出し、第2,第４電極を右側端面に露出せ
ず左側端面に露出する。
ある。11は圧電体層を示し、これは200μｍの厚さで構
成されている。そしてこの中央の圧電体層11の上下面
に、夫々厚み60μｍで４層構成の対向内部電極12a,12b
を有する圧電体積層体12が形成される。そして各層の内
部電極は圧電体生シートの一面に印刷され、４枚の生シ
ートの積層により最外側に電極面が露出せず圧電体層11
に接する最内側に電極面が露出される。更に各内部電極
12a,12bは、第２図に示すように、各層の電極を左右に
交互に露出させて電圧印加による分極を可能にする。例
えば内部電極12aは上から第1,3電極を左側端面に露出せ
ず右側端面に露出し、第2,第４電極を右側端面に露出せ
ず左側端面に露出する。
そして上側の圧電体積層体12の左側に露出した内部電極
12aに接続して外部電極13aが形成され、同様に上側に圧
電体積層体12の右側に露出した内部電極12aに接続して
外部電極13bが形成され、更に下側の圧電体積層体12の
左側に露出した内部電極12bに接続して外部電極13dが形
成され、同様に下側の圧電体積層体12の右側に露出した
内部電極12bに接続して外部電極13cが形成される。これ
らの化学組成は、Pb(Ni1/3Nb2/3)0.5Ti0.35Zr0.15O3で
示されるもので構成される。
12aに接続して外部電極13aが形成され、同様に上側に圧
電体積層体12の右側に露出した内部電極12aに接続して
外部電極13bが形成され、更に下側の圧電体積層体12の
左側に露出した内部電極12bに接続して外部電極13dが形
成され、同様に下側の圧電体積層体12の右側に露出した
内部電極12bに接続して外部電極13cが形成される。これ
らの化学組成は、Pb(Ni1/3Nb2/3)0.5Ti0.35Zr0.15O3で
示されるもので構成される。
製造に際しては、焼結条件を、大気中1120℃、２時間保
持で行なう。焼結体の寸法は幅12mm、長さ40mm、厚み約
0.9mmとする。積層体12の製造は通常一般に行なわれて
いる泥奨からの厚膜成形、厚膜積層の技術を利用するこ
とができる。しかる後に幅12mm、厚み約0.9mmの端面を
上下２分割する様に外部電極13を設け、４端子構造の積
層型圧電バイモルフ素子10とする。
持で行なう。焼結体の寸法は幅12mm、長さ40mm、厚み約
0.9mmとする。積層体12の製造は通常一般に行なわれて
いる泥奨からの厚膜成形、厚膜積層の技術を利用するこ
とができる。しかる後に幅12mm、厚み約0.9mmの端面を
上下２分割する様に外部電極13を設け、４端子構造の積
層型圧電バイモルフ素子10とする。
このようにして構成したバイモルフ素子10は、対向電極
である13a,13b間と13c,13d間に。夫々電圧を印加するこ
とにより、対向電極間の圧電体を分極し、素子の対向電
極13a,13d側を固定する。そして対向電極13a,13b間に分
極と同方向の第１の駆動電圧を印加し、対向電極13c,13
d間に分極と逆方向で分極反転の生じない第２の駆動電
圧を印加することにより、素子10の自由端の対向電極13
b,13c側は、図面上方へ変位し、電圧を逆にすれば図面
下方へ変位することになる。そして電圧を交流的に切り
替えれば、周波数に同期して上下へ連続振動することに
なる。
である13a,13b間と13c,13d間に。夫々電圧を印加するこ
とにより、対向電極間の圧電体を分極し、素子の対向電
極13a,13d側を固定する。そして対向電極13a,13b間に分
極と同方向の第１の駆動電圧を印加し、対向電極13c,13
d間に分極と逆方向で分極反転の生じない第２の駆動電
圧を印加することにより、素子10の自由端の対向電極13
b,13c側は、図面上方へ変位し、電圧を逆にすれば図面
下方へ変位することになる。そして電圧を交流的に切り
替えれば、周波数に同期して上下へ連続振動することに
なる。
なお、本発明に用いられる圧電体材料は圧電ひずみ定数
の大きな材料が低電圧で大変位を得られるので有利であ
り、実際にはチタン酸鉛−ジルコン酸鉛系のいわゆるPZ
T系の圧電体材料が望ましい。
の大きな材料が低電圧で大変位を得られるので有利であ
り、実際にはチタン酸鉛−ジルコン酸鉛系のいわゆるPZ
T系の圧電体材料が望ましい。
また、内部電極材料は前述PZT系圧電体材料の焼結温度
に耐え得る組成の銀−パラジウム系材料が使用できる。
に耐え得る組成の銀−パラジウム系材料が使用できる。
該素子の電気機械的諸特性を第１表に示す。比較例とし
て、同一圧電体材料で厚み0.17mmの薄板の上下面に電極
を形成し、これを厚み0.05mmのシム材に２枚接着した幅
12mm、長さ40mmのバイモルフ素子の特性も示す。測定方
法は長さ40mm方向の一端を固定し、自由端側について電
気マイクロメータ投影器で実施した。測定条件は本発明
による素子では一方の対向電極間にプラス40ボルト、他
方の対向電極間にマイナスの10ボルトを印加し、比較例
はしむ材を共通電極として前述と同一条件である。
て、同一圧電体材料で厚み0.17mmの薄板の上下面に電極
を形成し、これを厚み0.05mmのシム材に２枚接着した幅
12mm、長さ40mmのバイモルフ素子の特性も示す。測定方
法は長さ40mm方向の一端を固定し、自由端側について電
気マイクロメータ投影器で実施した。測定条件は本発明
による素子では一方の対向電極間にプラス40ボルト、他
方の対向電極間にマイナスの10ボルトを印加し、比較例
はしむ材を共通電極として前述と同一条件である。
第１表より赤らかなように、本発明による素子は変位量
がわずかに小さいが、発生応力が比較例の３倍以上大き
い結果が得られる。また比較例では圧電体薄板自体の塑
性変形や接着剤、シム材の影響でシフト、クリープが大
きく実用上支障があることがわかる。すなわち本発明に
よる素子は圧電体とその内部電極から構成され接着剤を
用いず、かつ素子厚みも0.9mmと厚いのでシフト、クリ
ープが小さく優れている。また厚膜積層技術を用いるこ
とにより、素子の製造工程が約2/3に短縮され、製造歩
留りの大幅の上が期待できる。
がわずかに小さいが、発生応力が比較例の３倍以上大き
い結果が得られる。また比較例では圧電体薄板自体の塑
性変形や接着剤、シム材の影響でシフト、クリープが大
きく実用上支障があることがわかる。すなわち本発明に
よる素子は圧電体とその内部電極から構成され接着剤を
用いず、かつ素子厚みも0.9mmと厚いのでシフト、クリ
ープが小さく優れている。また厚膜積層技術を用いるこ
とにより、素子の製造工程が約2/3に短縮され、製造歩
留りの大幅の上が期待できる。
なお、実施例に示した圧電材料、内部電極材料、以外の
化学組成を有する圧電材料、内部電極材料についても本
発明の構造の効果は明らかであり、実施例に示した圧電
材料、内部電極材料に限定されるものではない。
化学組成を有する圧電材料、内部電極材料についても本
発明の構造の効果は明らかであり、実施例に示した圧電
材料、内部電極材料に限定されるものではない。
以上述べたごとく本発明によれば、中央の圧電体生シー
トの上下面に、圧電体生シートに電極を印刷して複数積
層した圧電体積層体を圧着し焼結した構造の積層型圧電
バイモルフ素子において、上記圧電体積層体の内部電極
の各層の電極を左右に交互に露出し、かつ上側圧電体積
層体の左端に外部電極を、上側圧電体積層体の右端に外
部電極を、下側圧電体積層体の左端に外部電極を、下側
圧電体積層体の右端に外部電極を夫々形成し、夫々露出
した内部電極と導通した４端子電極を有するように構成
したので、 従来のように中間に金属シム等が介在していないので、
駆動時の発生力の増大に寄与し、従来の圧電バイモルフ
素子と比較し、発生応力が大きく、シフト及びクリープ
が小さく、信頼性を有し、製造工程が短縮され、製造歩
留も向上する積層型圧電バイモルフ素子を提供すること
ができる。
トの上下面に、圧電体生シートに電極を印刷して複数積
層した圧電体積層体を圧着し焼結した構造の積層型圧電
バイモルフ素子において、上記圧電体積層体の内部電極
の各層の電極を左右に交互に露出し、かつ上側圧電体積
層体の左端に外部電極を、上側圧電体積層体の右端に外
部電極を、下側圧電体積層体の左端に外部電極を、下側
圧電体積層体の右端に外部電極を夫々形成し、夫々露出
した内部電極と導通した４端子電極を有するように構成
したので、 従来のように中間に金属シム等が介在していないので、
駆動時の発生力の増大に寄与し、従来の圧電バイモルフ
素子と比較し、発生応力が大きく、シフト及びクリープ
が小さく、信頼性を有し、製造工程が短縮され、製造歩
留も向上する積層型圧電バイモルフ素子を提供すること
ができる。
また本発明によれば、中央の圧電体生シートの上下面
に、圧電体生シートに電極を印刷して複数積層した圧電
体積層体を圧着し焼結した構造の積層型圧電バイモルフ
素子において、上記圧電体積層体の内部電極の各層の電
極を左右に交互に露出し、かつ上側圧電体積層体の左端
に第１外部電極を、上側圧電体積層体の右端に第２外部
電極を、下側圧電体積層体の左端に第３外部電極を、下
側圧電体積層体の右端に第４外部電極を形成して内部電
極と導通し、第１第２外部電極間に内部電極の分極同方
向の駆動電圧を印加し、第３第４外部電極間に内部電極
の分極逆方向の駆動電圧を印加したので、 従来のように中間に金属シム等が介在していないので、
駆動時の発生力に寄与すると共に、上下の電極に異なる
電圧を印加されることによって最大の発生力を得ること
がてきる効果を有する。
に、圧電体生シートに電極を印刷して複数積層した圧電
体積層体を圧着し焼結した構造の積層型圧電バイモルフ
素子において、上記圧電体積層体の内部電極の各層の電
極を左右に交互に露出し、かつ上側圧電体積層体の左端
に第１外部電極を、上側圧電体積層体の右端に第２外部
電極を、下側圧電体積層体の左端に第３外部電極を、下
側圧電体積層体の右端に第４外部電極を形成して内部電
極と導通し、第１第２外部電極間に内部電極の分極同方
向の駆動電圧を印加し、第３第４外部電極間に内部電極
の分極逆方向の駆動電圧を印加したので、 従来のように中間に金属シム等が介在していないので、
駆動時の発生力に寄与すると共に、上下の電極に異なる
電圧を印加されることによって最大の発生力を得ること
がてきる効果を有する。
更に本発明によれば、中央の圧電体生シートの上下面
に、圧電体生シートに電極を印刷して複数積層した圧電
体積層体を圧着し焼結した構造の積層型圧電バイモルフ
素子において、上記圧電体積層体の内部電極の各層の電
極を左右に交互に露出し、かつ上側圧電体積層体の左端
に第１外部電極を、上側圧電体積層体の右端に第２外部
電極を、下側圧電体積層体の左端に第３外部電極を、下
側圧電体積層体の右端に第４外部電極を形成して内部電
極と導通し、第１第２外部電極間に内部電極の分極同方
向の第１の駆動電圧を、第３第４外部電極間に内部電極
の分極逆方向の第２の駆動電圧を印加すると共に、第１
及び第２駆動電圧を交流的に切り替えるように構成した
ので、 従来のように中間に金属シム等が介在していないので駆
動時の発生力に寄与すると共に、上下の電極への周波数
に同期した異なる電圧の印加により上下に連続振動する
最大の発生力を得ることができる効果を有する。
に、圧電体生シートに電極を印刷して複数積層した圧電
体積層体を圧着し焼結した構造の積層型圧電バイモルフ
素子において、上記圧電体積層体の内部電極の各層の電
極を左右に交互に露出し、かつ上側圧電体積層体の左端
に第１外部電極を、上側圧電体積層体の右端に第２外部
電極を、下側圧電体積層体の左端に第３外部電極を、下
側圧電体積層体の右端に第４外部電極を形成して内部電
極と導通し、第１第２外部電極間に内部電極の分極同方
向の第１の駆動電圧を、第３第４外部電極間に内部電極
の分極逆方向の第２の駆動電圧を印加すると共に、第１
及び第２駆動電圧を交流的に切り替えるように構成した
ので、 従来のように中間に金属シム等が介在していないので駆
動時の発生力に寄与すると共に、上下の電極への周波数
に同期した異なる電圧の印加により上下に連続振動する
最大の発生力を得ることができる効果を有する。
第１図は、従来の圧電バイモルフ素子の斜視図、第２図
は、本発明の構造の積層型圧電バイモルフ素子の斜視
図、第３図は同じく左半分を省略した側面図である。 11……圧電体層、12……内部電極、12a,12b……対向内
部電極を具備する圧電体層、13a,13b,13c,13d……外部
電極。
は、本発明の構造の積層型圧電バイモルフ素子の斜視
図、第３図は同じく左半分を省略した側面図である。 11……圧電体層、12……内部電極、12a,12b……対向内
部電極を具備する圧電体層、13a,13b,13c,13d……外部
電極。
Claims (3)
- 【請求項１】中央の圧電体生シートの上下面に、圧電体
生シートに電極を印刷して複数積層した圧電体積層体を
圧着し焼結した構造の積層型圧電バイモルフ素子におい
て、 上記圧電体積層体の内部電極の各層の電極を左右に交互
に露出し、かつ上側圧電体積層体の左端に外部電極を、
上側圧電体積層体の右端に外部電極を、下側圧電体積層
体の左端に外部電極を、下側圧電体積層体の右端に外部
電極を夫々形成し、夫々露出した内部電極と導通した４
端子電極を有することを特徴とする積層型圧電バイモル
フ素子。 - 【請求項２】中央の圧電体生シートの上下面に、圧電体
生シートに電極を印刷して複数積層した圧電体積層体を
圧着し焼結した構造の積層型圧電バイモルフ素子におい
て、上記圧電体積層体の内部電極の各層の電極を左右に
交互に露出し、かつ上側圧電体積層体の左端に第１外部
電極を、上側圧電体積層体の右端に第２外部電極を、下
側圧電体積層体の左端に第３外部電極を、下側圧電体積
層体の右端に第４外部電極を形成して内部電極と導通
し、第１第２外部電極間に内部電極の分極同方向の駆動
電圧を印加し、第３第４外部電極間に内部電極の分極逆
方向の駆動電圧を印加したことを特徴とする積層型圧電
バイモルフ素子の使用方法。 - 【請求項３】中央の圧電体生シートの上下面に、圧電体
生シートに電極を印刷して複数積層した圧電体積層体を
圧着し焼結した構造の積層型圧電バイモルフ素子におい
て、上記圧電体積層体の内部電極の各層の電極を左右に
交互に露出し、かつ上側圧電体積層体の左端に第１外部
電極を、上側圧電体積層体の右端に第２外部電極を、下
側圧電体積層体の左端に第３外部電極を、下側圧電体積
層体の右端に第４外部電極を形成して内部電極と導通
し、第１第２外部電極間に内部電極の分極同方向の第１
の駆動電圧を、第３第４外部電極間に内部電極の分極逆
方向の第２の駆動電圧を印加すると共に、第１及び第２
の駆動電圧を交流的に切り替えるようにしたことを特徴
とする積層型圧電バイモルフ素子の使用方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60032356A JPH0685451B2 (ja) | 1985-02-20 | 1985-02-20 | 積層型圧電バイモルフ素子及びその使用方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60032356A JPH0685451B2 (ja) | 1985-02-20 | 1985-02-20 | 積層型圧電バイモルフ素子及びその使用方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61191085A JPS61191085A (ja) | 1986-08-25 |
| JPH0685451B2 true JPH0685451B2 (ja) | 1994-10-26 |
Family
ID=12356674
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60032356A Expired - Lifetime JPH0685451B2 (ja) | 1985-02-20 | 1985-02-20 | 積層型圧電バイモルフ素子及びその使用方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0685451B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4332966A1 (de) * | 1993-09-28 | 1995-03-30 | Philips Patentverwaltung | Torsionsaktuator und ein Verfahren zu dessen Herstellung |
| KR101992450B1 (ko) | 2017-08-23 | 2019-06-25 | 삼성전기주식회사 | 커패시터 부품 및 그 제조 방법 |
| KR102192426B1 (ko) * | 2019-06-03 | 2020-12-17 | 삼성전기주식회사 | 커패시터 부품 및 그 제조 방법 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS54164008A (en) * | 1977-05-26 | 1979-12-27 | Rca Corp | Fan employing high polymer piezobimorph element |
| JPS5867084A (ja) * | 1981-10-19 | 1983-04-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | たわみ素子 |
-
1985
- 1985-02-20 JP JP60032356A patent/JPH0685451B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61191085A (ja) | 1986-08-25 |
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