JPH11266039A - 積層型圧電素子 - Google Patents
積層型圧電素子Info
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- JPH11266039A JPH11266039A JP10066490A JP6649098A JPH11266039A JP H11266039 A JPH11266039 A JP H11266039A JP 10066490 A JP10066490 A JP 10066490A JP 6649098 A JP6649098 A JP 6649098A JP H11266039 A JPH11266039 A JP H11266039A
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- piezoelectric
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- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 機械的強度不足と短絡とを著しく改善した積
層型圧電素子を提供すること。 【解決手段】 圧電材の縦効果を使っていた従来の構造
に代え、横効果を用いる。また、円筒状或いは円柱状或
いはこれらに類似の形状とする。同軸上に配列された円
筒状の圧電材1と、電極2、3より成り、電極2と3間に電
圧を加えると、円筒軸垂直方向(圧電材1膜厚方向)に電
界が生じる。通常は、外側に露出した電極２を基準電位
(アース電位)とし、電極3に、任意の電位を与える。抗
電界以上の電界を加えることにより、圧電材1の分極方
向は電界方向に揃う(分極処理)。すなわち、分極方向
は、層間で互い違いに反対方向を向くことになる。分極
処理を施した電圧と同じ極性の電圧を印可すると、素子
は軸方向に縮む。逆方向且つ抗電界以下では伸びる。こ
のように軸方向に伸縮する。圧電材1の厚みと円筒軸方
向長さは、所定の印可電圧で希望の歪量が得られるよう
に設定する。
層型圧電素子を提供すること。 【解決手段】 圧電材の縦効果を使っていた従来の構造
に代え、横効果を用いる。また、円筒状或いは円柱状或
いはこれらに類似の形状とする。同軸上に配列された円
筒状の圧電材1と、電極2、3より成り、電極2と3間に電
圧を加えると、円筒軸垂直方向(圧電材1膜厚方向)に電
界が生じる。通常は、外側に露出した電極２を基準電位
(アース電位)とし、電極3に、任意の電位を与える。抗
電界以上の電界を加えることにより、圧電材1の分極方
向は電界方向に揃う(分極処理)。すなわち、分極方向
は、層間で互い違いに反対方向を向くことになる。分極
処理を施した電圧と同じ極性の電圧を印可すると、素子
は軸方向に縮む。逆方向且つ抗電界以下では伸びる。こ
のように軸方向に伸縮する。圧電材1の厚みと円筒軸方
向長さは、所定の印可電圧で希望の歪量が得られるよう
に設定する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、積層型圧電素子に
関し、特に精密な変位を発生させる素子に係わり、大き
な変位を発生させることができる積層型圧電素子に関す
る。
関し、特に精密な変位を発生させる素子に係わり、大き
な変位を発生させることができる積層型圧電素子に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、大変位を得られる積層型圧電素子
は、変位方向(駆動方向)に垂直な複数の圧電薄板とこれ
に電圧を印可するための電極とより成っていた。
は、変位方向(駆動方向)に垂直な複数の圧電薄板とこれ
に電圧を印可するための電極とより成っていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来方式で
は、変位方向(駆動方向)と、電極と圧電板との接着面と
が垂直であるため、電極と圧電板との剥離が生じ易い。
また、素子の側面に、数多くの電極端面が出るため、そ
の間での短絡が生じ易い。短絡防止のため素子側面をモ
ールドすると、モールド材が素子の変位を阻害する。大
変位を得るため電極と圧電板の積層数を増すと、側面に
露出する電極端部も同様に増加し、短絡の危険性が増
す。
は、変位方向(駆動方向)と、電極と圧電板との接着面と
が垂直であるため、電極と圧電板との剥離が生じ易い。
また、素子の側面に、数多くの電極端面が出るため、そ
の間での短絡が生じ易い。短絡防止のため素子側面をモ
ールドすると、モールド材が素子の変位を阻害する。大
変位を得るため電極と圧電板の積層数を増すと、側面に
露出する電極端部も同様に増加し、短絡の危険性が増
す。
【０００４】本発明の目的は、係る問題点である所の、
機械的強度不足と短絡とを著しく改善した積層型圧電素
子を提供することにある。
機械的強度不足と短絡とを著しく改善した積層型圧電素
子を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】係る課題を解決するた
め、圧電材の縦効果を使っていた従来の構造に代え、横
効果を用いる。また、円筒状或いは円柱状或いはこれら
に類似の形状とすることにより、さらに効果を増す。
め、圧電材の縦効果を使っていた従来の構造に代え、横
効果を用いる。また、円筒状或いは円柱状或いはこれら
に類似の形状とすることにより、さらに効果を増す。
【０００６】さらに詳細に本発明を説明すると、本発明
では、薄い圧電材と圧電材に電圧を加えるための電極と
を複数層積層させた積層型圧電変位素子であり、伸縮駆
動方向と圧電材に加えられる電界方向とが互いに直交す
るよう構成されたる。圧電材厚み方向に電圧を加えるた
めの電極が、該圧電材と共に積層された構造である。ま
た、電圧を加えると歪を発生する円筒状の圧電材と該圧
電材に円筒軸垂直方向に電圧を加えるための電極とより
成る圧電素子を同軸上に複数層備える。電極の内、最外
周と最内周の電極を除く電極は、電極の外周部と内周部
に接する圧電材双方に電圧を加える構造である。さらに
また、本発明は、螺旋状に形成された二枚の電極と、電
極間に挟まれた、電圧を加えると歪を発生する圧電材と
より成ることを特徴とする。
では、薄い圧電材と圧電材に電圧を加えるための電極と
を複数層積層させた積層型圧電変位素子であり、伸縮駆
動方向と圧電材に加えられる電界方向とが互いに直交す
るよう構成されたる。圧電材厚み方向に電圧を加えるた
めの電極が、該圧電材と共に積層された構造である。ま
た、電圧を加えると歪を発生する円筒状の圧電材と該圧
電材に円筒軸垂直方向に電圧を加えるための電極とより
成る圧電素子を同軸上に複数層備える。電極の内、最外
周と最内周の電極を除く電極は、電極の外周部と内周部
に接する圧電材双方に電圧を加える構造である。さらに
また、本発明は、螺旋状に形成された二枚の電極と、電
極間に挟まれた、電圧を加えると歪を発生する圧電材と
より成ることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】図1に、本発明の一例を示す。同
軸上に配列された円筒状の圧電材1と、電極2、3より成
る素子である。図1では、圧電材三層と電極各二層しか
示していないが、一般的には数十層程度より成る。圧電
材1は、チタン酸ジルコニウム酸鉛(PZT)である。電極2
と3間に電圧を加えると、円筒軸垂直方向(圧電材1膜厚
方向)に電界が生じる。通常は、外側に露出した電極２
を基準電位(アース電位)とし、電極3に、任意の電位を
与える。抗電界以上の電界を加えることにより、圧電材
1の分極方向は電界方向に揃う(分極処理)。すなわち、
分極方向は、層間で互い違いに反対方向を向くことにな
る。分極処理を施した電圧と同じ極性の電圧を印可する
と、素子は軸方向に縮む。逆方向且つ抗電界以下では伸
びる。このように軸方向に伸縮する。圧電材1の厚みと
円筒軸方向長さは、所定の印可電圧で希望の歪量が得ら
れるように設定する。PZTのようなセラミック圧電材
は、引っ張り応力に弱い。しかし、軸方向に渡り円筒状
の金属電極が幾層にも存在するため、圧縮、ねじれ、た
わみ、せん断力ばかりでなく、引っ張り力に対しても、
鉄筋で補強されたコンクリートのように強い。信頼性を
更に向上させるためには、待機中には軸方向に縮ませて
おき、動作時、伸びるように印可電圧を設定する。図1
中には記載されていないが、円筒軸に金属線を通し、こ
れを電極２の一層とし、最も内側の電極3との間に圧電
材をつめると円柱状となり、更に機械的強度及び発生応
力が増す。
軸上に配列された円筒状の圧電材1と、電極2、3より成
る素子である。図1では、圧電材三層と電極各二層しか
示していないが、一般的には数十層程度より成る。圧電
材1は、チタン酸ジルコニウム酸鉛(PZT)である。電極2
と3間に電圧を加えると、円筒軸垂直方向(圧電材1膜厚
方向)に電界が生じる。通常は、外側に露出した電極２
を基準電位(アース電位)とし、電極3に、任意の電位を
与える。抗電界以上の電界を加えることにより、圧電材
1の分極方向は電界方向に揃う(分極処理)。すなわち、
分極方向は、層間で互い違いに反対方向を向くことにな
る。分極処理を施した電圧と同じ極性の電圧を印可する
と、素子は軸方向に縮む。逆方向且つ抗電界以下では伸
びる。このように軸方向に伸縮する。圧電材1の厚みと
円筒軸方向長さは、所定の印可電圧で希望の歪量が得ら
れるように設定する。PZTのようなセラミック圧電材
は、引っ張り応力に弱い。しかし、軸方向に渡り円筒状
の金属電極が幾層にも存在するため、圧縮、ねじれ、た
わみ、せん断力ばかりでなく、引っ張り力に対しても、
鉄筋で補強されたコンクリートのように強い。信頼性を
更に向上させるためには、待機中には軸方向に縮ませて
おき、動作時、伸びるように印可電圧を設定する。図1
中には記載されていないが、円筒軸に金属線を通し、こ
れを電極２の一層とし、最も内側の電極3との間に圧電
材をつめると円柱状となり、更に機械的強度及び発生応
力が増す。
【０００８】図1中では省略したが、電極端部が露出す
る両端面にはモールドが施され、汚染による短絡がほと
んど起こらないようにしている。電極2は、外周部の電
極のみ厚く形成されており、汚染の内部への浸透を防止
している。
る両端面にはモールドが施され、汚染による短絡がほと
んど起こらないようにしている。電極2は、外周部の電
極のみ厚く形成されており、汚染の内部への浸透を防止
している。
【０００９】図2に、多層構造をとる本発明の積層型圧
電素子の1構成要素の断面を示す。本実施例に於いて
は、電極２と電極3は圧電材１全面を覆っていず、互い
に異なる端部で欠けている構造をとる。この要素で構成
された積層型圧電素子は、一端では電極２のみが表面に
現れ、他端では電極３のみが表面に現れる。そのため、
引き出し線への接続が容易である。
電素子の1構成要素の断面を示す。本実施例に於いて
は、電極２と電極3は圧電材１全面を覆っていず、互い
に異なる端部で欠けている構造をとる。この要素で構成
された積層型圧電素子は、一端では電極２のみが表面に
現れ、他端では電極３のみが表面に現れる。そのため、
引き出し線への接続が容易である。
【００１０】図３は、連続した二枚の電極で構成した実
施例である。電極5、6とこれらに挟まれた圧電材4が渦
巻状に巻かれている。図1では独立した円筒型電極を一
層おきに接続しなければならなかったが、このような構
成にすることにより電極は連続しており、電極5、6の各
1箇所から配線を引きだすだけでよくなる。両端面と軸
方向に伸びる極細い断面部がモールドされている。
施例である。電極5、6とこれらに挟まれた圧電材4が渦
巻状に巻かれている。図1では独立した円筒型電極を一
層おきに接続しなければならなかったが、このような構
成にすることにより電極は連続しており、電極5、6の各
1箇所から配線を引きだすだけでよくなる。両端面と軸
方向に伸びる極細い断面部がモールドされている。
【００１１】図4には、角柱状の積層型圧電素子を構成
する2枚の要素を示す。薄い矩形状の圧電材７の長手方
向が駆動方向である。電極8は、圧電材7の左手端面まで
及んでいるが、残り3方向は、圧電材７全面を覆ってい
ず、ごくわずか引っ込んでいる。電極９は、圧電材７の
右手端面まで及んでいるが、同様に残り３面では、引っ
込んでいる。これらの構成要素が積層され、角柱状の圧
電素子が形成される。素子の両側面は、アース電位を加
える電極8がくる。電極８端部は左手端面に露出し、電
極９端部は右手に露出するので、図２に示した構成と同
様に、引き出し線の接続が容易である。端部のみがモー
ルドされると、側面には電極露出部が一切無いため、短
絡の危険性は大幅に低減される。薄い板状の要素を積層
するため、従来の製造設備がそのまま使えるという特徴
がある。
する2枚の要素を示す。薄い矩形状の圧電材７の長手方
向が駆動方向である。電極8は、圧電材7の左手端面まで
及んでいるが、残り3方向は、圧電材７全面を覆ってい
ず、ごくわずか引っ込んでいる。電極９は、圧電材７の
右手端面まで及んでいるが、同様に残り３面では、引っ
込んでいる。これらの構成要素が積層され、角柱状の圧
電素子が形成される。素子の両側面は、アース電位を加
える電極8がくる。電極８端部は左手端面に露出し、電
極９端部は右手に露出するので、図２に示した構成と同
様に、引き出し線の接続が容易である。端部のみがモー
ルドされると、側面には電極露出部が一切無いため、短
絡の危険性は大幅に低減される。薄い板状の要素を積層
するため、従来の製造設備がそのまま使えるという特徴
がある。
【００１２】本発明に於いては、力の加わる駆動軸方向
と電極−圧電材接合面とが平行であるため、接合面での
剥離が起こりにくい。更に、円筒形状或いは円柱形状或い
はこれらに類似の形状は、その軸方向に働く力に対して、
最も強度の高い形状である。PZTのようなセラミック圧電
材は引っ張り応力に弱いが、金属である電極が幾層にも
補強材として駆動軸方向に渡り存在するため、引っ張り
応力にも強い構造となっている。
と電極−圧電材接合面とが平行であるため、接合面での
剥離が起こりにくい。更に、円筒形状或いは円柱形状或い
はこれらに類似の形状は、その軸方向に働く力に対して、
最も強度の高い形状である。PZTのようなセラミック圧電
材は引っ張り応力に弱いが、金属である電極が幾層にも
補強材として駆動軸方向に渡り存在するため、引っ張り
応力にも強い構造となっている。
【００１３】横効果は、縦効果に対して、一般的に約２倍
の圧電定数を持つため、大きな変位が得られる。電極の端
部での露出部が小さいため、電極間の短絡の危険性が小
さく、更に、短絡防止のためのモールド処理により変位が
損なわれることがない。大変位を得るため長くしても、
従来例のように電極露出部が増し短絡の危険性が増大す
るということは、ほとんど無い。
の圧電定数を持つため、大きな変位が得られる。電極の端
部での露出部が小さいため、電極間の短絡の危険性が小
さく、更に、短絡防止のためのモールド処理により変位が
損なわれることがない。大変位を得るため長くしても、
従来例のように電極露出部が増し短絡の危険性が増大す
るということは、ほとんど無い。
【００１４】従来の積層型圧電素子は、圧電材の縦効果
を用い、その結果電極と圧電材との接合面は伸縮方向
(駆動方向)に対し垂直で或ため、接合面での剥離等の問
題が生じたが、本発明では、横効果を用いた構造とする
ことにより、接合面は伸縮方向に平行になり、電極端部
の露出面積も抑えられる等の効果の結果、機械的強度が
増すと同時に短絡も著しく起こりにくくなった。円筒型
或いは円柱型或いはそれらに類似の形状とすることによ
り、本発明の特徴は、更に活かされる。
を用い、その結果電極と圧電材との接合面は伸縮方向
(駆動方向)に対し垂直で或ため、接合面での剥離等の問
題が生じたが、本発明では、横効果を用いた構造とする
ことにより、接合面は伸縮方向に平行になり、電極端部
の露出面積も抑えられる等の効果の結果、機械的強度が
増すと同時に短絡も著しく起こりにくくなった。円筒型
或いは円柱型或いはそれらに類似の形状とすることによ
り、本発明の特徴は、更に活かされる。
【００１５】
【発明の効果】本発明により、機械的強度不足と短絡と
を著しく改善した積層型圧電素子が実現する。
を著しく改善した積層型圧電素子が実現する。
【図１】本発明の構成を示す該略図。
【図２】本発明の一構成要素を示す断面図。
【図３】本発明の他の構成を示す該略図。
【図４】本発明の他の構成要素の一部を示す該略図。
１…圧電材、2…電極、３…電極、４…圧電材、５…電
極、６…電極、７…圧電材、８…電極、９…電極。
極、６…電極、７…圧電材、８…電極、９…電極。
Claims (5)
- 【請求項１】薄い圧電材と該圧電材に電圧を加えるため
の電極とを複数層積層させた積層型圧電変位素子であ
り、伸縮駆動方向と該圧電材に加えられる電界方向とが
互いに直交するよう構成されたことを特徴とする積層型
圧電素子。 - 【請求項２】電圧を加えると歪を発生する円筒状の圧電
材と該圧電材に該円筒軸垂直方向に電圧を加える電極と
より成る圧電素子を同軸上に複数層備えたことを特徴と
する積層型圧電素子。 - 【請求項３】前記電極の内、最外周と最内周の電極を除
く電極は、該電極の外周部と内周部に接する前記圧電材
双方に電圧を加える構造であることを特徴とする請求項
１または２に記載の積層型圧電素子。 - 【請求項４】螺旋状に形成された二枚の電極と、該電極
間に挟まれた、電圧を加えると歪を発生する圧電材とよ
り成ることを特徴とする積層型圧電素子。 - 【請求項５】前記圧電材は薄い矩形状であり、前記圧電
材厚み方向に電圧を加える電極が、該圧電材と共に積層
された構造であることを特徴とする請求項１記載の積層
型圧電素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10066490A JPH11266039A (ja) | 1998-03-17 | 1998-03-17 | 積層型圧電素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10066490A JPH11266039A (ja) | 1998-03-17 | 1998-03-17 | 積層型圧電素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11266039A true JPH11266039A (ja) | 1999-09-28 |
Family
ID=13317304
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10066490A Pending JPH11266039A (ja) | 1998-03-17 | 1998-03-17 | 積層型圧電素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11266039A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6437489B1 (en) | 1999-11-08 | 2002-08-20 | Minolta Co., Ltd. | Actuator utilizing piezoelectric transducer |
| US6545395B2 (en) | 2000-02-17 | 2003-04-08 | Minolta Co., Ltd. | Piezoelectric conversion element having an electroded surface with a non-electrode surface portion at an end thereof |
| JP2004032887A (ja) * | 2002-06-25 | 2004-01-29 | Matsushita Electric Works Ltd | 伸縮自在アクチュエータ |
| JP2018536992A (ja) * | 2015-11-13 | 2018-12-13 | エプコス アクチエンゲゼルシャフトＥｐｃｏｓ Ａｇ | 圧電トランス |
-
1998
- 1998-03-17 JP JP10066490A patent/JPH11266039A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6437489B1 (en) | 1999-11-08 | 2002-08-20 | Minolta Co., Ltd. | Actuator utilizing piezoelectric transducer |
| US6545395B2 (en) | 2000-02-17 | 2003-04-08 | Minolta Co., Ltd. | Piezoelectric conversion element having an electroded surface with a non-electrode surface portion at an end thereof |
| JP2004032887A (ja) * | 2002-06-25 | 2004-01-29 | Matsushita Electric Works Ltd | 伸縮自在アクチュエータ |
| JP2018536992A (ja) * | 2015-11-13 | 2018-12-13 | エプコス アクチエンゲゼルシャフトＥｐｃｏｓ Ａｇ | 圧電トランス |
| JP2020170703A (ja) * | 2015-11-13 | 2020-10-15 | ティーディーケイ・エレクトロニクス・アクチェンゲゼルシャフトＴｄｋ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ａｇ | 圧電トランス |
| US11101426B2 (en) | 2015-11-13 | 2021-08-24 | Epcos Ag | Piezoelectric transformer |
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