JP2001345492A - Piezoelectric element and method for using the same - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piezoelectric element and a method for using it which utilizes shear deformation (15 mode) and used for an X-Y stage, a linear motor, a revolving motor, or a transporting equipment for a part feeder and the like. SOLUTION: A piezoelectric element 10 has a structure where plate-like piezoelectric bodies 11a-11d, on the surface of which a pair of internal electrodes are formed, where a plurality of linear electrodes 12a-15a.12b-15b arranged in parallel with a specified pitch P are alternately connected, are staggeringly laminated by a half of the specified pitch P in an X-axis direction which is vertical to both a lengthwise direction (Y-axis direction) of the linear electrodes 12a-15a.12b-15b and a thickness direction (Z-axis direction) of the piezoelectric bodies 11a-11d, with a linear electrode connected at a position staggered by the specified pitch P every other layer.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、Ｘ−Ｙス
テージやリニアモータ、回転モータ、或いはパーツフィ
ーダ等の搬送機等に用いられる、ずり剪断変形（１５モ
ード）を利用して駆動する圧電素子およびその使用方法
に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piezoelectric device driven by shearing deformation (15 mode), which is used, for example, in an XY stage, a linear motor, a rotary motor, or a transporter such as a parts feeder. The present invention relates to an element and a method for using the same.

【０００２】[0002]

【従来の技術】従来から、図９（ａ）・（ｂ）の説明図
に示すように、圧電体９１に一対の分極用電極９２を設
けて分極処理を施し（図９（ａ））、次に分極用電極９
２を除去して、分極方向と直交する方向に電界を印加す
るための駆動用電極９３を形成して、駆動用電極９３に
電界を印加する（図９（ｂ））と、圧電体９１に、一般
的に１５モードと呼ばれる「ずり剪断変形」が起こるこ
とが知られている。2. Description of the Related Art Conventionally, as shown in FIGS. 9 (a) and 9 (b), a pair of polarizing electrodes 92 are provided on a piezoelectric body 91 to perform a polarization process (FIG. 9 (a)). Next, the polarization electrode 9
2 is removed, and a driving electrode 93 for applying an electric field in a direction orthogonal to the polarization direction is formed. When the electric field is applied to the driving electrode 93 (FIG. 9B), It is known that “shear shear deformation” generally called 15 mode occurs.

【０００３】また、１５モードの他に、圧電体の厚み−
縦変位モード（３３モード）や、厚み−横変位モード
（３１モード）を用いる素子として、図８に示すよう
な、一層の圧電体９５の厚みを薄くして、内部電極９６
と交互に幾層にも重ねた、いわゆる積層型圧電素子９７
が知られている。内部電極９６は交互に外部電極９８と
接続されて一対とされ、分極と駆動を兼ねて用いられ
る。このような圧電体９５の薄板化と積層化は、電源回
路の負担を低減するために求められている駆動電圧の低
電圧化を実現しつつ、大きな変位量を得る１つの方法で
ある。[0003] In addition to the 15 modes, the thickness of the piezoelectric body
As an element using the vertical displacement mode (33 mode) or the thickness-transverse displacement mode (31 mode), as shown in FIG.
A so-called laminated piezoelectric element 97 which is alternately layered on several layers.
It has been known. The internal electrodes 96 are alternately connected to the external electrodes 98 to form a pair, and are used for both polarization and driving. Such thinning and stacking of the piezoelectric body 95 is one method of achieving a large displacement while realizing a low drive voltage required to reduce the load on the power supply circuit.

【０００４】このような積層型圧電素子の製造方法とし
ては、分極された、または分極されていない圧電体と給
電用金属箔（板）とを交互に重ねて、各層間を接着剤等
で接合する方法や、圧電セラミックス粉末をドクターブ
レード法や押出成形法等によりシート状に成形したもの
に、電極ペーストを用いて所定の電極パターンを印刷等
して複数段に積層、一体化し、電極と圧電セラミックス
とを同時焼成する方法がある。As a method of manufacturing such a laminated piezoelectric element, a polarized or non-polarized piezoelectric body and a power supply metal foil (plate) are alternately stacked, and the respective layers are joined with an adhesive or the like. Or by laminating and integrating multiple layers by printing a predetermined electrode pattern using electrode paste on a sheet of piezoelectric ceramic powder formed by doctor blade method, extrusion molding method, etc. There is a method of simultaneously firing ceramics.

【０００５】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た積層型圧電素子９７を１５モードで駆動することはで
きない。なぜなら、積層型圧電素子９７に形成された内
部電極９６を分極用電極として用いた場合には、分極後
に内部電極９６を除去することができないために、積層
型圧電素子９７の積層方向に垂直な側面に駆動用電極を
形成しても、駆動用電極による電界は、なお存在する内
部電極９６を流れてしまい、分極された圧電体に電界は
印加されないからである。However, the above-described laminated piezoelectric element 97 cannot be driven in 15 modes. This is because, when the internal electrode 96 formed on the multilayer piezoelectric element 97 is used as an electrode for polarization, the internal electrode 96 cannot be removed after polarization, so that the vertical direction of the multilayer piezoelectric element 97 is perpendicular to the lamination direction. This is because, even if the driving electrode is formed on the side surface, the electric field generated by the driving electrode flows through the existing internal electrode 96, and the electric field is not applied to the polarized piezoelectric body.

【０００６】逆に、内部電極９６を駆動用電極として用
いる場合には、積層型圧電素子９７の側面に分極用電極
を形成して電圧を印加しなければならないが、この場合
でも、分極用電極による電界は内部電極９６を流れてし
まい、分極することができない問題がある。Conversely, when the internal electrode 96 is used as a driving electrode, a polarization electrode must be formed on the side surface of the multilayer piezoelectric element 97 and a voltage must be applied. The electric field flows through the internal electrode 96 and cannot be polarized.

【０００７】また、圧電体を１５モードで駆動するため
には、最初に形成した分極用電極を除去した後には、脱
分極が起こらないように、キュリー温度よりも低い温度
で駆動用電極を形成することが必要とされる。このた
め、一般的には、駆動用電極材料としては導電性樹脂ペ
ーストが用いられるが、導電性樹脂ペーストは、導電率
や接着力等の信頼性の点で必ずしもよいものとは言えな
い。Further, in order to drive the piezoelectric body in the 15 mode, after the polarization electrode formed first is removed, the driving electrode is formed at a temperature lower than the Curie temperature so that depolarization does not occur. Need to be done. For this reason, generally, a conductive resin paste is used as a driving electrode material, but the conductive resin paste is not necessarily good in terms of reliability such as conductivity and adhesive strength.

【０００８】さらに、１５モードで駆動する素子におい
ては、分極方向と駆動電圧の印加による電界の方向が直
交するために、長時間の駆動により脱分極が起こり、素
子が駆動しなくなる問題がある。ここで、再分極を行お
うとしても先に形成された分極用電極は除去されてお
り、再び分極用電極を形成する場合には、駆動用電極を
除去した上で行わなければならない問題がある。結局
は、脱分極が起こった場合には素子を交換せざるを得な
い。Further, in the element driven in the 15 mode, since the polarization direction is orthogonal to the direction of the electric field due to the application of the driving voltage, there is a problem that depolarization occurs due to long-time driving and the element cannot be driven. Here, even if re-polarization is performed, the previously formed polarization electrode has been removed, and when forming the polarization electrode again, there is a problem that it is necessary to remove the drive electrode after removing it. . Eventually, if depolarization occurs, the device must be replaced.

【０００９】なお、１５モードで駆動する圧電素子を縦
横に接合して積層型圧電素子とした場合には、その積層
型圧電素子を構成する１個の圧電素子に脱分極が起こる
と、他の圧電素子の変位が抑制され、変位特性が低下す
る問題があり、結果的には積層型圧電素子を他のものと
交換する必要が生ずる。When a piezoelectric element driven in 15 modes is vertically and horizontally joined to form a laminated piezoelectric element, if one piezoelectric element constituting the laminated piezoelectric element is depolarized, another piezoelectric element is formed. There is a problem that the displacement of the piezoelectric element is suppressed and the displacement characteristics are reduced, and as a result, it is necessary to replace the laminated piezoelectric element with another one.

【００１０】本発明は上述した従来技術の問題点に鑑み
てなされたものであり、分極用電極と駆動用電極の双方
を備えることにより、使用により脱分極が起こった場合
にも再分極が可能な１５モードで駆動する圧電素子を提
供すること、およびこのような特徴を有し、かつ低電圧
での駆動を可能ならしめる積層型圧電素子を提供するこ
と、ならびに、これら圧電素子の使用方法を提供するこ
とを目的とする。The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art. By providing both a polarizing electrode and a driving electrode, repolarization is possible even when depolarization occurs due to use. To provide a piezoelectric element that can be driven in 15 different modes, to provide a laminated piezoelectric element having such characteristics, and to enable driving at a low voltage, and to use these piezoelectric elements. The purpose is to provide.

【００１１】[0011]

【課題を解決するための手段】即ち、本発明によれば、
第１の圧電素子として、圧電体に電界方向が互いに直交
する２組の電極対が形成されてなる圧電素子であって、
少なくとも一方の電極対の電極は線状に形成されてお
り、他方の電極対によって分極が行われた後に、前記線
状の電極対に電圧を印加することによって、前記圧電体
がずり剪断変形を起こすことを特徴とする圧電素子、が
提供される。That is, according to the present invention,
A first piezoelectric element in which two pairs of electrodes whose electric field directions are orthogonal to each other are formed on a piezoelectric body,
The electrodes of at least one electrode pair are formed in a linear shape, and after polarization is performed by the other electrode pair, by applying a voltage to the linear electrode pair, the piezoelectric body undergoes shearing deformation. A piezoelectric element is provided.

【００１２】また、本発明によれば、第２の圧電素子と
して、所定ピッチで平行に並べられた複数の線状電極を
１本おきに接続してなる１組の内部電極が表面に形成さ
れた板状の圧電体を、前記線状電極の長さ方向と前記圧
電体の厚み方向の両方向に垂直な方向に、前記所定ピッ
チの半分の間隔ほどずらしながら積層し、当該積層方向
において一層おきに前記所定ピッチほどずれて位置する
線状電極どうしを接続してなることを特徴とする圧電素
子、が提供される。Further, according to the present invention, as the second piezoelectric element, a set of internal electrodes formed by connecting a plurality of linear electrodes arranged in parallel at a predetermined pitch is formed on the surface. The plate-shaped piezoelectric bodies are stacked in a direction perpendicular to both the length direction of the linear electrodes and the thickness direction of the piezoelectric bodies while being shifted by an interval of a half of the predetermined pitch, and every other one in the stacking direction. A piezoelectric element, wherein the linear electrodes positioned at a position shifted from each other by the predetermined pitch are connected to each other.

【００１３】この第２の圧電素子は、換言すれば、１組
の櫛形電極が表面に形成された板状の圧電体を、前記櫛
形電極の電極ピッチの半分ほど櫛形電極の位置がずれる
ように順次積層し、一段おきに前記電極ピッチほどずれ
て位置する電極を互いに接続してなることを特徴とする
圧電素子、と表現することができる。[0013] In other words, the second piezoelectric element displaces a plate-like piezoelectric body having a pair of comb-shaped electrodes formed on the surface so that the position of the comb-shaped electrodes is shifted by half the electrode pitch of the comb-shaped electrodes. It can be described as a piezoelectric element characterized in that the electrodes are sequentially laminated, and the electrodes positioned at every other stage and shifted by the electrode pitch are connected to each other.

【００１４】このような第２の圧電素子においては、積
層された圧電体の奇数段に格子状に位置する電極対と、
偶数段に格子状に位置する電極対について、一方の電極
対を駆動用電極として用い、他方の電極対を分極用電極
として用いることができる。つまり、第２の圧電素子は
第１の圧電素子と同様に、駆動用電極と分極用電極が併
存することから、脱分極が起こった場合でも、再分極が
可能である。[0014] In such a second piezoelectric element, an electrode pair positioned in an odd-numbered stage of the laminated piezoelectric body in a lattice pattern is provided.
With respect to the electrode pairs positioned in an even-numbered grid, one electrode pair can be used as a driving electrode and the other electrode pair can be used as a polarizing electrode. That is, since the driving electrode and the polarization electrode coexist in the second piezoelectric element as in the first piezoelectric element, repolarization is possible even when depolarization occurs.

【００１５】また、第２の圧電素子は、圧電体の積層方
向において対向する一対の電極と、その電極による電界
と直交するように電界を発生させる一対の電極およびこ
れらの電極間に位置する圧電体からなるユニットが複数
ほど縦横に接続された構造であることから、あるユニッ
トの変位が他のユニットの変位をできる限り相殺しない
ように、これら複数のユニットの各々が同等に変位する
ように、圧電体の厚みと圧電体の表面に形成された電極
の形状および電極ピッチを調整することが好ましい。The second piezoelectric element includes a pair of electrodes facing each other in the direction of lamination of the piezoelectric body, a pair of electrodes for generating an electric field so as to be orthogonal to the electric field generated by the electrodes, and a piezoelectric element located between these electrodes. Since a plurality of body units are connected vertically and horizontally, so that the displacement of one unit does not offset the displacement of the other unit as much as possible, so that each of these units is displaced equally. It is preferable to adjust the thickness of the piezoelectric body, the shape of the electrode formed on the surface of the piezoelectric body, and the electrode pitch.

【００１６】上述した第２の圧電素子の製造方法に限定
はないが、電極が形成されたセラミックスグリーンシー
トを積層して、一体焼成する方法を用いると、圧電体の
厚みを薄くして低電圧駆動化が容易となり、また、製造
歩留まりも高く、好ましい。このように、本発明におい
ては、圧電体として圧電セラミックスが好適に用いられ
る。The method of manufacturing the second piezoelectric element described above is not limited. However, when a method of laminating ceramic green sheets on which electrodes are formed and integrally firing them is used, the thickness of the piezoelectric body is reduced and low voltage is applied. Driving is easy and the production yield is high, which is preferable. As described above, in the present invention, piezoelectric ceramics are suitably used as the piezoelectric body.

【００１７】次に、本発明によれば、上述した圧電素子
の使用方法として、電界方向が直交する駆動用電極およ
び分極用電極を有し、少なくとも前記駆動用電極は線状
に形成され、分極が行われた後に前記駆動用電極に電圧
を印加することによって、ずり剪断変形を起こすユニッ
トを含んだ圧電素子の使用方法であって、分極処理時に
は駆動用電極を短絡せずに分極用電極に電圧を印加し、
一方、駆動時には分極用電極を短絡せずに駆動用電極に
電圧を印加することを特徴とする圧電素子の使用方法、
が提供され、このような使用方法により、脱分極が起こ
った場合であっても、再分極が行え、再び圧電素子の使
用が可能となる。Next, according to the present invention, as a method of using the above-described piezoelectric element, there is provided a driving electrode and a polarizing electrode whose electric field directions are orthogonal to each other, and at least the driving electrode is formed in a linear shape. A method of using a piezoelectric element including a unit that causes shearing deformation by applying a voltage to the driving electrode after the operation is performed, wherein the driving electrode is not short-circuited to the polarization electrode during the polarization process. Apply voltage,
On the other hand, a method of using a piezoelectric element characterized in that a voltage is applied to the driving electrode without short-circuiting the polarizing electrode during driving,
According to such a method of use, even when depolarization occurs, repolarization can be performed, and the piezoelectric element can be used again.

【００１８】[0018]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明するが、本発明が以下の実
施の形態に限定されるものでないことはいうまでもな
い。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but it goes without saying that the present invention is not limited to the following embodiments.

【００１９】図１は、本発明の第１の圧電素子１を示す
断面図であり、圧電体２に、電界方向が互いに直交する
２組の電極対が形成されている。一方の電極対に係る電
極３は、Ｚ軸方向の幅が短く、Ｙ軸方向（紙面に垂直な
方向）に延びた線状に形成されており、他方の電極対に
係る電極４は、Ｘ軸方向に拡がりをもってＹ軸方向に延
びた平板状に形成されている。FIG. 1 is a sectional view showing a first piezoelectric element 1 according to the present invention. Two pairs of electrodes whose electric field directions are orthogonal to each other are formed on a piezoelectric body 2. The electrode 3 of one electrode pair has a short width in the Z-axis direction and is formed in a linear shape extending in the Y-axis direction (a direction perpendicular to the paper surface). It is formed in a flat plate shape extending in the Y-axis direction with a spread in the axial direction.

【００２０】なお、図１において、電極３は断面（Ｚ−
Ｘ面）略四角形の形態を有するように描かれているが、
その断面形状に制限はなく、例えば、断面略円形、断面
略長円形等であってもよい。In FIG. 1, the electrode 3 has a cross section (Z-
X plane) is drawn to have a substantially square shape,
The cross-sectional shape is not limited, and may be, for example, a substantially circular cross section, a substantially oval cross section, or the like.

【００２１】例えば、このような圧電素子１において、
電極４を分極用電極として用いた場合には、圧電体２の
主に電極４に挟持された領域Ａの部分が分極された状態
となる。次に、線状の電極３に電圧を印加すると、圧電
体２の主に電極３に挟持された領域Ｂの部分に電界がか
かり、結果として、領域Ａと領域Ｂの重複部分が１５モ
ードによるずり剪断変形を起こし、この変形の影響を受
けて圧電素子１全体がずり剪断変形を起こすこととな
る。For example, in such a piezoelectric element 1,
When the electrode 4 is used as a polarization electrode, a portion of the region A of the piezoelectric body 2 mainly held between the electrodes 4 is in a polarized state. Next, when a voltage is applied to the linear electrode 3, an electric field is applied mainly to the region B of the piezoelectric body 2 sandwiched between the electrodes 3, and as a result, the overlapping portion between the region A and the region B is caused by the 15 mode. Shear shear deformation occurs, and under the influence of this deformation, the entire piezoelectric element 1 undergoes shear shear deformation.

【００２２】ここで、例えば、図７に示すように、図１
に示した圧電素子１において、電極４をＺ軸方向の外表
面全体に電極４ｂとして形成した圧電素子８９を考えた
場合には、電極４ｂを用いた分極処理により、圧電体２
は電極３の近傍を除く殆どの部分で分極されるが、電極
３に駆動電圧を印加した場合には、圧電素子８９のＺ軸
方向外表面が電極４ｂによって等電位となることから、
電極３によって形成される電界は電極４ｂに向かい、電
極３間に駆動電界が掛からない状態となる。こうして、
圧電素子８９は殆ど駆動しないこととなる。Here, for example, as shown in FIG.
When the piezoelectric element 89 in which the electrode 4 is formed as the electrode 4b on the entire outer surface in the Z-axis direction is considered in the piezoelectric element 1 shown in FIG.
Is polarized in almost all parts except the vicinity of the electrode 3, but when a driving voltage is applied to the electrode 3, the outer surface of the piezoelectric element 89 in the Z-axis direction becomes equipotential by the electrode 4b.
The electric field formed by the electrodes 3 is directed to the electrodes 4b, and no driving electric field is applied between the electrodes 3. Thus,
The piezoelectric element 89 is hardly driven.

【００２３】また、電極３と電極４ｂの用い方を逆とし
て、つまり、電極３を分極用電極として用いても、圧電
体２は殆ど分極されない状態となることから、電極４ｂ
に駆動電圧を印加しても、圧電素子８９は殆ど駆動しな
い。従って、一方の電極を圧電体２の一表面全体に形成
することは好ましくない。Further, since the use of the electrode 3 and the electrode 4b is reversed, that is, even if the electrode 3 is used as a polarizing electrode, the piezoelectric body 2 is hardly polarized.
, The piezoelectric element 89 is hardly driven. Therefore, it is not preferable to form one electrode on the entire surface of the piezoelectric body 2.

【００２４】これに対して、図２に示されるように、図
１に示した圧電素子１における電極４を、電極３と同様
に線状に形成した電極４ａを有する圧電素子１ａにおい
て、電極４ａを用いて分極を行った場合には、圧電体２
の主に電極４ａ間の部分が分極され、電極３に駆動電圧
を印加した場合には電極３間で分極された部分が駆動す
ることとなるために、駆動部分の体積が小さくなる問題
を生ずる。On the other hand, as shown in FIG. 2, in the piezoelectric element 1a having the electrode 4a in which the electrode 4 in the piezoelectric element 1 shown in FIG. When polarization is performed using
Is mainly polarized between the electrodes 4a, and when a driving voltage is applied to the electrodes 3, the polarized portions between the electrodes 3 are driven, so that the volume of the driving portion is reduced. .

【００２５】従って、図１、図２に示した直方体の圧電
体２を用いた場合には、２組の電極対によって形成され
る電界が直交して交わる領域の圧電体２内での占有率が
大きくなるように、圧電体２の寸法と電極幅とを設定す
ることが好ましい。例えば、図２に示されるように、圧
電体２のＺ軸方向外表面のＸ軸方向長さＸ_１と電極４ａ
のＸ軸方向長さＸ_２、圧電体２のＸ軸方向外表面のＺ軸
方向長さＺ_１と電極３のＺ軸方向長さＺ_２を、適切な値
（比率）に設定することで、駆動効率を高めることがで
きる。これらＸ_１・Ｘ_２・Ｚ_１・Ｚ_２は、実験的に求め
ることができる。Therefore, when the rectangular parallelepiped piezoelectric body 2 shown in FIGS. 1 and 2 is used, the occupation ratio in the piezoelectric body 2 of the region where the electric fields formed by the two electrode pairs intersect at right angles. It is preferable to set the dimensions of the piezoelectric body 2 and the electrode width so that the size of the piezoelectric element 2 becomes larger. For example, as shown in Figure 2, the Z-axis direction outer surface of the piezoelectric 2 X-axis direction length X ₁ and the electrode 4a
By setting the X-axis direction length X ₂ , the Z-axis direction length Z ₁ of the X-axis direction outer surface of the piezoelectric body 2 and the Z-axis direction length Z ₂ of the electrode 3 to appropriate values (ratio). The driving efficiency can be improved. These _{X 1 · X 2 · Z 1} · Z 2 can be determined experimentally.

【００２６】さて、図１に示した圧電素子１は圧電体２
が単板である。従って、圧電素子１を機械部品等として
用いる場合には、機械的強度の確保や所定の変位量を得
るために、圧電体２を小さくするにも限界があり、この
場合には、電極間距離が長くなり、分極や駆動に大きな
電圧が必要されることにもなる。そこで、本発明は、図
３（ａ）の断面図および図３（ｂ）の側面図に示すよう
に、圧電素子１をユニットとして含み、圧電体２の厚み
を薄くして積層した構造を有する積層型圧電素子１０を
提供する。The piezoelectric element 1 shown in FIG.
Is a veneer. Therefore, when the piezoelectric element 1 is used as a mechanical part or the like, there is a limit in reducing the size of the piezoelectric body 2 in order to secure mechanical strength and obtain a predetermined displacement amount. And a large voltage is required for polarization and driving. Therefore, the present invention has a structure in which the piezoelectric element 1 is included as a unit and the thickness of the piezoelectric body 2 is reduced, as shown in the cross-sectional view of FIG. 3A and the side view of FIG. A multilayer piezoelectric element is provided.

【００２７】図３の積層型圧電素子１０の構造を説明す
るにあたって、先ず、積層型圧電素子１０の形成に用い
られる圧電体１１ａ〜１１ｄについて、図４を参照しな
がら説明する。圧電体１１ａの一方の表面には、所定ピ
ッチＰで平行に並べられた複数の線状電極１２ａ・１２
ｂが形成されている。これらの線状電極１２ａ・１２ｂ
は、線状電極１２ａどうしが接続され、また線状電極１
２ｂどうしが接続されるように、１本おきに接続されて
おり、こうして１組の内部電極１２が形成されている。In describing the structure of the multilayer piezoelectric element 10 of FIG. 3, first, the piezoelectric bodies 11a to 11d used for forming the multilayer piezoelectric element 10 will be described with reference to FIG. On one surface of the piezoelectric body 11a, a plurality of linear electrodes 12a
b is formed. These linear electrodes 12a and 12b
Indicates that the linear electrodes 12a are connected to each other,
Every other wire is connected so that the wires 2b are connected to each other, and thus a set of internal electrodes 12 is formed.

【００２８】同様に、圧電体１１ｂには線状電極１３ａ
・１３ｂからなる内部電極１３が、圧電体１１ｃには線
状電極１４ａ・１４ｂからなる内部電極１４が、圧電体
１１ｄには線状電極１５ａ・１５ｂからなる内部電極１
５が、それぞれ形成されている。なお、接続された線状
電極１２ａの電極端１６ａは、積層型圧電素子１０を形
成した際に側面に露出するように、圧電体１１ａのＸ軸
方向側面へ引き出される形で形成されており、線状電極
１３ａ〜１５ａの電極端１７ａ〜１９ａ、線状電極１２
ｂ〜１５ｂの電極端１６ｂ〜１９ｂも、同様に、該当す
る圧電体１１ａ〜１１ｄのＸ軸方向側面へ引き出されて
いる。Similarly, the piezoelectric body 11b has a linear electrode 13a.
An internal electrode 13 composed of linear electrodes 14a and 14b on the piezoelectric body 11c, and an internal electrode 1 composed of linear electrodes 15a and 15b on the piezoelectric body 11d.
5 are formed respectively. The electrode end 16a of the connected linear electrode 12a is formed so as to be exposed to the side surface when the laminated piezoelectric element 10 is formed, and is drawn out to the X-axis side surface of the piezoelectric body 11a. Electrode ends 17a to 19a of linear electrodes 13a to 15a, linear electrode 12
Similarly, the electrode ends 16b to 19b of b to 15b are also drawn out to the X-axis direction side surfaces of the corresponding piezoelectric bodies 11a to 11d.

【００２９】これらの電極１２〜１５が表面に形成され
た板状の圧電体１１ａ〜１１ｄを、線状電極１２ａ〜１
５ａ・１２ｂ〜１５ｂの長さ方向（Ｙ軸方向）と圧電体
１１ａ〜１１ｄの厚み方向（Ｚ軸方向・紙面に垂直な方
向）の両方向に垂直な方向であるＸ軸方向に、ピッチＰ
の半分の間隔ほどずらしながらＺ軸方向に積層し、図３
に示される積層型圧電素子１０を形成する。The plate-shaped piezoelectric bodies 11a to 11d having the electrodes 12 to 15 formed on the surfaces thereof are combined with the linear electrodes 12a to 1d.
The pitch P is set in the X-axis direction, which is a direction perpendicular to both the length direction (Y-axis direction) and the thickness direction of the piezoelectric bodies 11a to 11d (Z-axis direction / direction perpendicular to the paper surface).
3 are stacked in the Z-axis direction while being shifted by about half the distance of FIG.
Is formed.

【００３０】ここで、図４に記載の圧電体１１ａ〜１１
ｄは同じ形状を有し、電極１２と電極１３、電極１３と
電極１４、電極１４と電極１５、電極１５と電極１２
は、それぞれピッチＰの１／２ほどＸ軸方向に予めずら
して形成してあることから、図３に示されるように、圧
電体１１ａ〜１１ｄを、そのＸ軸方向端が一致するよう
に、この順番で順次積層すると、上述したように、ピッ
チＰの半分の間隔ほどＸ軸方向にずらしながら積層され
ることとなる。Here, the piezoelectric bodies 11a to 11 shown in FIG.
d has the same shape, and the electrodes 12 and 13, the electrodes 13 and 14, the electrodes 14 and 15, the electrodes 15 and 12,
Are formed so as to be shifted in the X-axis direction by ほ ど of the pitch P in advance, and as shown in FIG. 3, the piezoelectric bodies 11a to 11d are arranged so that their ends in the X-axis direction coincide with each other. When the layers are sequentially stacked in this order, as described above, the layers are shifted while being shifted in the X-axis direction by an interval of half the pitch P.

【００３１】こうして形成された図３（ａ）に示される
積層型圧電素子１０において、Ｚ軸方向の一層おきにピ
ッチＰほどずれた位置にある線状電極どうしを接続す
る。前述したように、予め線状電極１２ａどうしは接続
され、その電極端１６ａは積層型圧電素子１０の側面に
露出しており、他の線状電極１３ａ〜１５ａ・１２ｂ〜
１５ｂについても同様であるから、図３（ｂ）に示すよ
うに、電極端１６ａと電極端１８ａを短絡させて外部電
極２０ａを形成すれば、必然的に、一層おきにピッチＰ
ほどずれた位置にある線状電極１２ａと１４ａは接続さ
れる。In the multilayer piezoelectric element 10 thus formed as shown in FIG. 3A, the linear electrodes which are shifted from each other in the Z-axis direction by a pitch P are connected. As described above, the linear electrodes 12a are connected in advance, and the electrode ends 16a are exposed on the side surfaces of the multilayer piezoelectric element 10, and the other linear electrodes 13a to 15a and 12b to
3B, if the external electrode 20a is formed by short-circuiting the electrode end 16a and the electrode end 18a as shown in FIG.
The linear electrodes 12a and 14a located at positions that are slightly shifted from each other are connected.

【００３２】同様にして、電極端１６ｂと電極端１８ｂ
を短絡させて外部電極２０ｂを形成し、電極端１７ａと
電極端１９ａを短絡させて外部電極２１ａを形成し、電
極端１７ｂと電極端１９ｂを短絡させて外部電極２１ｂ
を形成する。Similarly, the electrode ends 16b and 18b
Are short-circuited to form an external electrode 20b, the electrode end 17a and the electrode end 19a are short-circuited to form an external electrode 21a, and the electrode end 17b and the electrode end 19b are short-circuited to form an external electrode 21b.
To form

【００３３】ところで、上述した積層型圧電素子１０の
構造は、換言すれば、１組の櫛形電極１２〜１５が表面
に形成された板状の圧電体１１ａ〜１１ｄを、櫛形電極
１２〜１５の電極ピッチＰの半分ほど、櫛形電極の位置
がずれるように順次積層し、一段おきに電極ピッチＰほ
どずれて位置する電極、例えば電極１２ａと電極１４
ａ、を互いに接続した構造ということもできる。Incidentally, the structure of the above-mentioned laminated piezoelectric element 10 is, in other words, the plate-like piezoelectric bodies 11a to 11d having a pair of comb-shaped electrodes 12 to 15 formed on the surface thereof are combined with the comb-shaped electrodes 12 to 15 The comb-shaped electrodes are sequentially stacked such that the positions thereof are shifted by about half of the electrode pitch P, and the electrodes, such as the electrode 12a and the electrode 14, which are shifted by the electrode pitch P in every other stage
a may be connected to each other.

【００３４】上述の通りにして形成された積層型圧電素
子１０には、２組の外部電極（２０ａ・２０ｂ）・（２
１ａ・２１ｂ）が形成されるが、そのうち一方は分極用
電圧を印加するために用いられ、他方は駆動用電圧を印
加するために用いられる。そこで、以下、線状電極１２
ａ・１４ａ（外部電極２０ａ）を駆動用正極として、線
状電極１２ｂ・１４ｂ（外部電極２０ｂ）を駆動用負極
として、線状電極１３ａ・１５ａ（外部電極２１ａ）を
分極用正極として、線状電極１３ｂ・１５ｂ（外部電極
２１ｂ）を分極用負極として、それぞれ用いた場合につ
いて、図３を参照しながら説明する。The laminated piezoelectric element 10 formed as described above has two sets of external electrodes (20a, 20b) and (2
1a and 21b) are formed, one of which is used for applying a polarization voltage and the other is used for applying a drive voltage. Therefore, hereinafter, the linear electrode 12
a · 14a (external electrode 20a) as a driving positive electrode, linear electrodes 12b / 14b (external electrode 20b) as a driving negative electrode, and linear electrodes 13a / 15a (external electrode 21a) as a polarizing positive electrode. The case where the electrodes 13b and 15b (external electrodes 21b) are used as the negative electrodes for polarization will be described with reference to FIG.

【００３５】積層型圧電素子１０を駆動するためには、
先ず分極処理を行う必要がある。分極処理は、一般的に
は分極用負極の電位を０Ｖとして電極間に所定の正電位
をかけることで行われる。従って、分極用正極（外部電
極２１ａ）と分極用負極（外部電極２１ｂ）の間に所定
の電圧を印加すると、図３（ａ）の構造から明らかなよ
うに、線状電極１３ａから線状電極１３ｂ・１５ｂへ向
けて、および線状電極１５ａから線状電極１３ｂ・１５
ｂへ向けて電界がかかり、各線状電極間に存在する圧電
体部分が分極される。In order to drive the multilayer piezoelectric element 10,
First, it is necessary to perform a polarization process. The polarization process is generally performed by setting the potential of the polarization negative electrode to 0 V and applying a predetermined positive potential between the electrodes. Accordingly, when a predetermined voltage is applied between the positive electrode for polarization (external electrode 21a) and the negative electrode for polarization (external electrode 21b), as is apparent from the structure of FIG. 13b and 15b, and from the linear electrode 15a to the linear electrodes 13b and 15
An electric field is applied toward b, and the piezoelectric portion existing between the linear electrodes is polarized.

【００３６】なお、分極処理を行う際には、駆動用正極
（外部電極２０ａ）と駆動用負極（外部電極２０ｂ）間
は、短絡されていない状態、つまり何物によっても電極
間が接続されていない浮いた状態とする。これにより、
駆動用電極によって圧電体に電界がかかり難くなること
が防止され、分極処理が効率的に行われるようになる。When the polarization process is performed, the driving positive electrode (external electrode 20a) and the driving negative electrode (external electrode 20b) are not short-circuited, that is, the electrodes are connected by anything. Do not float. This allows
The driving electrodes prevent the electric field from being hardly applied to the piezoelectric body, so that the polarization processing can be performed efficiently.

【００３７】分極処理が終了した後には、駆動用正極
（外部電極２０ａ）と駆動用負極（２０ｂ）の間に所定
の駆動電圧を印加する。こうして、線状電極１２ａから
線状電極１２ｂ・１４ｂに向けて、また、線状電極１４
ａから線状電極１２ｂ・１４ｂに向けて電界がかかり、
積層型圧電素子１０内に複数形成されている図１の圧電
素子１と同等なユニット３１、つまり、駆動用電極と分
極用電極に挟まれて形成される区画、が同時に１５モー
ドで同方向に変位する。After the completion of the polarization processing, a predetermined driving voltage is applied between the driving positive electrode (external electrode 20a) and the driving negative electrode (20b). Thus, from the linear electrode 12a to the linear electrodes 12b and 14b,
an electric field is applied from a to the linear electrodes 12b and 14b,
A plurality of units 31 equivalent to the piezoelectric element 1 of FIG. 1 formed in the multilayer piezoelectric element 10, that is, sections formed between the driving electrodes and the polarizing electrodes are simultaneously formed in 15 modes in the same direction. Displace.

【００３８】なお、図３（ａ）中に示されたユニット３
１は積層型圧電素子１０に形成される複数のユニットの
中の１つの例示に過ぎないことは明らかである。また、
ユニット３１をＺ軸方向に圧電体１層の厚さ分だけ移動
し、かつ、Ｘ軸方向にピッチＰの半分だけ移動させた部
分を１つのユニットと考えることもできる。The unit 3 shown in FIG.
Obviously, 1 is only one example of a plurality of units formed on the multilayer piezoelectric element 10. Also,
A portion in which the unit 31 is moved in the Z-axis direction by the thickness of one layer of the piezoelectric body and moved in the X-axis direction by half the pitch P can be considered as one unit.

【００３９】積層型圧電素子１０の駆動時には、分極処
理時とは逆に、分極用電極を浮かせた状態として、駆動
電界が分極用電極を流れることによって圧電体に電界が
掛かり難くなる状態を回避する。また、駆動用負極（外
部電極２０ｂ）の電位には特に制限はなく、０Ｖとして
も負電位としても構わない。印加する駆動電圧の大きさ
は、形成された分極の脱分極が起こらない程度に、分極
電圧よりは小さく設定することが好ましい。At the time of driving the laminated piezoelectric element 10, contrary to the polarization processing, the polarization electrode is floated so that the driving electric field flows through the polarization electrode to prevent the electric field from being hardly applied to the piezoelectric body. I do. The potential of the driving negative electrode (external electrode 20b) is not particularly limited, and may be 0 V or a negative potential. It is preferable that the magnitude of the applied driving voltage is set to be smaller than the polarization voltage so that depolarization of the formed polarization does not occur.

【００４０】このように、積層型圧電素子１０には、駆
動用電極と分極用電極が併存することから、駆動用電極
を用いた駆動により脱分極が起こった場合にも、再分極
を容易に行うことができ、素子の使用寿命が従来の１５
モード素子よりも長くなる利点がある。As described above, since the driving electrode and the polarization electrode coexist in the laminated piezoelectric element 10, repolarization can be easily performed even when depolarization occurs by driving using the driving electrode. And the service life of the device is
There is an advantage that the length is longer than that of the mode element.

【００４１】積層型圧電素子１０の駆動は、静的制御、
つまり徐々に駆動電圧を増減して所定の変位量が得られ
るように変位量を制御する方法と、動的制御、つまり一
定の周波数で連続的に変位させる制御方法のいずれの方
法をも用いることができる。静的制御を用いる例として
は、精密位置決め用のＸ−Ｙステージがあり、動的制御
を用いる例としては、リニアモータや回転モータ、或い
はインチワーム等の送り機構が挙げられる。The driving of the multilayer piezoelectric element 10 is performed by static control,
In other words, both the method of controlling the displacement amount so as to obtain a predetermined displacement amount by gradually increasing and decreasing the drive voltage and the method of dynamic control, that is, the control method of continuously displacing at a constant frequency, are used. Can be. An example using static control is an XY stage for precise positioning, and an example using dynamic control is a feed mechanism such as a linear motor, a rotary motor, or an inchworm.

【００４２】積層型圧電素子１０内に、上述したユニッ
ト３１のような複数のユニットを考えた場合には、各々
のユニットの変位が合わされて積層型圧電素子１０の変
位が生ずることから、あるユニットの変位が他のユニッ
トの変位を相殺しないように、各ユニットは、同方向に
同変位量ほど変位するように、形状や各部の寸法を設定
することが最も好ましい。従って、圧電体１１ａ〜１１
ｄの厚みが同等となるように、また、圧電体１１ａ〜１
１ｄの表面に形成された線状電極１２ａ〜１５ａ・１２
ｂ〜１５ｂの形状（厚みとＸ軸方向電極幅）およびピッ
チＰを調整することが好ましい。When a plurality of units such as the unit 31 described above are considered in the multi-layer piezoelectric element 10, the displacement of the multi-layer piezoelectric element 10 is caused by the displacement of each unit. It is most preferable to set the shape and dimensions of each part so that each unit is displaced in the same direction by the same amount of displacement so that the displacement of the other unit does not cancel the displacement of the other units. Accordingly, the piezoelectric bodies 11a to 11a
d so that the thickness of each of the piezoelectric members 11a to 11a is equal.
Linear electrodes 12a to 15a.12 formed on the surface of 1d
It is preferable to adjust the shapes (thickness and X-axis direction electrode width) and pitch P of b to 15b.

【００４３】上述した積層型圧電素子１０の形成に用い
られる材料に特に限定はないが、圧電体１１ａ〜１１ｄ
としては、圧電定数ｄ_１５が大きい材料、例えば、チタ
ン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を主成分とした圧電セラミ
ックスが好適に用いられる。焼成された圧電セラミック
スを圧電体１１ａ〜１１ｄとして用いる場合には、その
表面に銀（Ａｇ）ペースト等を用いて電極１２〜１５を
スクリーン印刷等の方法により印刷して焼成したもの
を、接着剤を用いて積層一体化する方法を用いることが
できる。Although there is no particular limitation on the material used to form the above-mentioned laminated piezoelectric element 10, the piezoelectric bodies 11a to 11d
The material piezoelectric constant d ₁₅ is large, for example, a piezoelectric ceramic is preferably used which is composed mainly of lead zirconate titanate (PZT). When the fired piezoelectric ceramics are used as the piezoelectric bodies 11a to 11d, the electrodes 12 to 15 are printed on the surface thereof using a silver (Ag) paste or the like by a screen printing method or the like, and fired. Can be used.

【００４４】ここで、電極１２〜１５の厚み（図４に示
すＺ軸方向厚み）を厚くしたい場合には、例えば、図５
に示すように、圧電体１１ｅの表面に電極４１を形成す
るための溝４２を、ダイシングやレーザ加工等の方法を
用いて形成しておき、溝４２内に電極材を埋設した構造
を有するものを用いればよい。Here, when it is desired to increase the thickness of the electrodes 12 to 15 (the thickness in the Z-axis direction shown in FIG. 4), for example, as shown in FIG.
As shown in FIG. 3, a groove 42 for forming an electrode 41 is formed on the surface of a piezoelectric body 11e by using a method such as dicing or laser processing, and an electrode material is embedded in the groove 42. May be used.

【００４５】このように焼成された圧電体を積層する場
合には、圧電体の機械的強度やハンドリングの問題か
ら、圧電体１層あたりの厚みを薄くすることが困難であ
る。そこで、特に積層型圧電素子１０の製造において
は、セラミックス粉末を原料として、押出成形法やドク
ターブレード法、カレンダロール法等の各種厚膜形成法
によりグリーンシートを作製し、グリーンシート上に電
極１２〜１５をスクリーン印刷法等を用いて形成して、
図４に示した電極１２〜１５が形成された圧電体１１ａ
〜１１ｄと同様のものを準備し、それらを順次積層して
一体化し、焼成する方法を用いることが好ましい。When stacking the piezoelectric bodies fired in this way, it is difficult to reduce the thickness per piezoelectric body layer due to the mechanical strength and handling problems of the piezoelectric bodies. Therefore, particularly in the production of the laminated piezoelectric element 10, a green sheet is produced from ceramic powder as a raw material by various thick film forming methods such as an extrusion molding method, a doctor blade method, and a calendar roll method, and the electrode 12 is formed on the green sheet. To 15 using a screen printing method or the like,
Piezoelectric body 11a on which electrodes 12 to 15 shown in FIG. 4 are formed
It is preferable to use a method of preparing the same ones as in to 11d, sequentially laminating and integrating them, and firing.

【００４６】このような一体焼成法を用いることによ
り、生産性が向上し、また、圧電体１１ａ〜１１ｄの薄
板化、例えば、数十μｍから数百μｍ程度とすることも
容易となる。圧電体１１ａ〜１１ｄが薄板化されれば、
低電圧駆動化が容易となる利点もある。By using such an integral firing method, the productivity is improved, and the thickness of the piezoelectric bodies 11a to 11d can be easily reduced, for example, from several tens to several hundreds of micrometers. If the piezoelectric bodies 11a to 11d are thinned,
There is also an advantage that low-voltage driving can be easily performed.

【００４７】なお、一体焼成法を用いる場合には、電極
１２〜１５の焼成温度と圧電セラミックスの焼成温度を
適合させる必要があることから、例えば、電極１２〜１
５の材料としては、銀（Ａｇ）−パラジウム（Ｐｄ）、
パラジウム、白金（Ｐｔ）が好適に用いられる。外部電
極２０ａ・２０ｂ・２１ａ・２１ｂについては、一体焼
成され、形状加工が行われた後に形成することが好まし
く、従って、銀ペースト等を印刷して焼き付けることで
形成することができる。When the integral firing method is used, it is necessary to match the firing temperature of the electrodes 12 to 15 with the firing temperature of the piezoelectric ceramics.
As the material of No. 5, silver (Ag) -palladium (Pd),
Palladium and platinum (Pt) are preferably used. The external electrodes 20a, 20b, 21a, and 21b are preferably formed after being integrally fired and subjected to shape processing, and thus can be formed by printing and baking a silver paste or the like.

【００４８】また、一体焼成法において、スクリーン印
刷法を用いて電極を形成した場合には、一般的に形成さ
れる電極１２〜１５の厚みは数μｍ〜数十μｍ程度と薄
いものとなる。従って、例えば、電極１２〜１５の厚み
をグリーンシートの半分の厚みにまで厚く形成したい場
合には、図６に示すように、先ず、その表面に電極を形
成することとなる圧電セラミックスのグリーンシート５
１を準備し、また、グリーンシート５１の半分の厚みを
有する圧電セラミックスのグリーンシート５２、および
グリーンシート５２と同じ厚みを有する電極粉末を用い
たグリーンシート５３を作製する。グリーンシート５１
〜５３は同数ほど準備する。In the case where the electrodes are formed by screen printing in the integral firing method, the thickness of the generally formed electrodes 12 to 15 is as thin as several μm to several tens μm. Therefore, for example, when it is desired to form the electrodes 12 to 15 as thick as half the thickness of the green sheet, first, as shown in FIG. 6, a green sheet of piezoelectric ceramics on which electrodes are to be formed is provided. 5
1 are prepared, and a green sheet 52 of piezoelectric ceramics having half the thickness of the green sheet 51 and a green sheet 53 using electrode powder having the same thickness as the green sheet 52 are produced. Green sheet 51
-53 are prepared in the same number.

【００４９】続いて、グリーンシート５３を電極形状に
打ち抜き、または切り出し、電極シート５３ａを作製す
る。一方、グリーンシート５２についても電極形状に打
ち抜く等して、電極形状でない部分のシートを電極埋設
用シート５２ａとする。この場合、電極シート５３ａと
電極埋設用シート５２ａは互いに嵌合して、グリーンシ
ート５１と同じ形状を有することとなるから、電極シー
ト５３ａと電極埋設用シート５２ａをグリーンシート５
１上に積層したもので、所定の電極パターンを有するも
のを順次積層して焼成すれば、所望の積層型圧電素子を
得ることができる。Subsequently, the green sheet 53 is punched or cut into an electrode shape to produce an electrode sheet 53a. On the other hand, the green sheet 52 is also punched into an electrode shape or the like, and the sheet of the non-electrode shape is used as the electrode embedding sheet 52a. In this case, since the electrode sheet 53a and the electrode embedding sheet 52a are fitted to each other and have the same shape as the green sheet 51, the electrode sheet 53a and the electrode embedding sheet 52a are
By laminating those having a predetermined electrode pattern sequentially on top of each other and firing them, a desired laminated piezoelectric element can be obtained.

【００５０】次に、本発明を実施例によりさらに詳細に
説明するが、本発明が以下の実施例に限定されるもので
ないことは言うまでもない。Next, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but it goes without saying that the present invention is not limited to the following Examples.

【００５１】[0051]

【実施例】圧電定数ｄ_１５が１０１０×１０^−１２ｍ／
ＶのＰＺＴ系圧電セラミックスを原料として、これに純
水、有機バインダ、分散剤を所定量加えて混合、混練
し、押出成形法により、厚み０．３８ｍｍのグリーンシ
ートを作製した。次いで、グリーンシートを所定の形状
に打抜加工して、図４に示した電極１２〜１５と同じパ
ターンにて、得られた打抜シートにそれぞれ１つの電極
パターンをＡｇ−Ｐｄペーストを用いて印刷し、図４に
示される電極１２〜１５が形成された圧電体１１ａ〜１
ｄと同様の構造を有する４種類の積層用シートを各３枚
ほど作製した。EXAMPLES piezoelectric constant _{d 15} is 1010 × ^{10 -12} m /
Using a PZT-based piezoelectric ceramic of V as a raw material, predetermined amounts of pure water, an organic binder, and a dispersant were added, mixed, and kneaded, and a green sheet having a thickness of 0.38 mm was produced by an extrusion molding method. Next, the green sheet is punched into a predetermined shape, and one electrode pattern is formed on each of the obtained punched sheets using an Ag-Pd paste in the same pattern as the electrodes 12 to 15 shown in FIG. Piezoelectric members 11a to 1 on which electrodes 12 to 15 shown in FIG.
About three kinds of four types of lamination sheets each having the same structure as that of d were prepared.

【００５２】これらの積層用シートを、形成される圧電
素子が図３（ａ）に示される構造を有するように順次積
層して、最上段には電極が印刷されていない打抜シート
を保護層として積層し、圧着により一体化した後に１２
５０℃で焼成した。得られた焼成体を４ｍｍ×４ｍｍ×
４ｍｍの大きさに研削加工し、図３（ｂ）に示されるよ
うに、側面に露出する電極端を接続した外部電極を形成
した。こうして得られた圧電素子に形成された線状電極
の幅（図３（ａ）におけるＸ軸方向幅）は約０．２ｍｍ
であり、線状電極のピッチＰは約０．６ｍｍ、圧電体の
一層の厚みは約０．３ｍｍであった。These laminated sheets are sequentially laminated so that the piezoelectric element to be formed has the structure shown in FIG. 3A. And then integrated by crimping
It was baked at 50 ° C. 4 mm x 4 mm x
Grinding to a size of 4 mm was performed to form external electrodes connected to the electrode ends exposed on the side surfaces, as shown in FIG. The width of the linear electrode formed on the piezoelectric element thus obtained (the width in the X-axis direction in FIG. 3A) is about 0.2 mm.
The pitch P of the linear electrodes was about 0.6 mm, and the thickness of one layer of the piezoelectric body was about 0.3 mm.

【００５３】奇数段に存在する電極を分極用電極として
用い、この分極用電極に３ｋＶの電圧を印加して分極処
理を行った。次に、分極用電極を電源から外して、偶数
段に存在する電極を駆動用電極として、±１５０Ｖの電
圧を印加したところ、約０．５μｍの剪断変位が観測さ
れた。また、印加電圧を±３００Ｖとしたところ、約１
μｍの剪断変位が観察されたが、繰り返して電圧を印加
したところ、徐々に変位が低下して、数十回後には、
０．５μｍ程度の剪断変位量しか得られなくなった。Electrodes existing in odd-numbered stages were used as electrodes for polarization, and a voltage of 3 kV was applied to the electrodes for polarization to perform polarization processing. Next, when the electrode for polarization was removed from the power supply and a voltage of ± 150 V was applied using the electrodes existing in the even-numbered stages as drive electrodes, a shear displacement of about 0.5 μm was observed. When the applied voltage was ± 300 V, about 1
Although a shear displacement of μm was observed, when the voltage was repeatedly applied, the displacement gradually decreased, and after several tens of times,
Only a shear displacement of about 0.5 μm was obtained.

【００５４】そこで、駆動用電極を短絡させない状態と
して、分極用電極を用いて３ｋＶにて再分極処理を行っ
た後、分極用電極を短絡させずに、駆動用電極に±３０
０Ｖの電圧を印加したところ、再び約１μｍの剪断変位
が得られた。これにより、本発明の圧電素子は、脱分極
が起こっても再分極が可能であり、駆動特性が回復する
ことが確認された。Then, after the re-polarizing process was performed at 3 kV using the polarizing electrode in a state where the driving electrode was not short-circuited, ± 30 μm was applied to the driving electrode without short-circuiting the polarizing electrode.
When a voltage of 0 V was applied, a shear displacement of about 1 μm was obtained again. Thus, it was confirmed that the piezoelectric element of the present invention can be repolarized even when depolarization occurs, and the driving characteristics are restored.

【００５５】[0055]

【発明の効果】上述した通り、本発明の１５モード変位
を用いた圧電素子は、分極用電極と駆動用電極が併存し
ているので、駆動により脱分極が起こっても、再分極が
可能であることから、使用寿命の長期化という顕著な効
果を奏する。また、圧電素子の交換頻度が減少すること
から、メンテナンスにかかる費用の削減も可能となる。
さらに、積層型圧電素子は、セラミックスのグリーンシ
ートを用いた一体焼成法による製造が可能であり、生産
性の向上、駆動電圧の低電圧化に著しく寄与する。As described above, in the piezoelectric element using the 15-mode displacement of the present invention, since the polarization electrode and the driving electrode coexist, repolarization is possible even if depolarization occurs by driving. This has a remarkable effect of extending the service life. Further, since the frequency of replacing the piezoelectric element is reduced, the cost for maintenance can be reduced.
Furthermore, the multilayer piezoelectric element can be manufactured by an integral firing method using a ceramic green sheet, and significantly contributes to an improvement in productivity and a reduction in driving voltage.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】 本発明の圧電素子の一実施形態を示す断面
図。FIG. 1 is a sectional view showing one embodiment of a piezoelectric element of the present invention.

【図２】 図１記載の圧電素子の特性を最適化するため
に、寸法を考慮すべき部分を示した説明図。FIG. 2 is an explanatory view showing a portion where dimensions must be considered in order to optimize the characteristics of the piezoelectric element shown in FIG. 1;

【図３】 本発明の圧電素子の別の実施形態を示す断面
図および側面図。FIG. 3 is a sectional view and a side view showing another embodiment of the piezoelectric element of the present invention.

【図４】 図３記載の圧電素子の製造に用いられる圧電
体の一実施形態を示す平面図。FIG. 4 is a plan view showing one embodiment of a piezoelectric body used for manufacturing the piezoelectric element shown in FIG.

【図５】 厚みの厚い内部電極を形成する場合に使用さ
れる圧電体の一実施形態を示す平面図および断面図。5A and 5B are a plan view and a cross-sectional view illustrating an embodiment of a piezoelectric body used when forming a thick internal electrode.

【図６】 一体焼成法を用いて厚みの厚い内部電極を形
成する場合に使用するグリーンシートの一実施形態およ
び積層順序を示した説明図。FIG. 6 is an explanatory view showing one embodiment of a green sheet used for forming a thick internal electrode using an integral firing method and a stacking order.

【図７】 ２組の電極の一方を圧電体の外表面全体に形
成した圧電素子の断面図。FIG. 7 is a sectional view of a piezoelectric element in which one of two sets of electrodes is formed on the entire outer surface of a piezoelectric body.

【図８】 従来公知の積層型圧電素子の構造の一例を示
す断面図。FIG. 8 is a cross-sectional view showing an example of the structure of a conventionally known multilayer piezoelectric element.

【図９】 １５モード変位の説明図。FIG. 9 is an explanatory diagram of 15-mode displacement.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１；圧電素子 ２；圧電体 ３・４；電極 １０；積層型圧電素子 １１ａ〜１１ｅ；圧電体 １２ａ〜１５ａ・１２ｂ〜１５ｂ・４１；線状電極 １６ａ〜１９ａ・１６ｂ〜１９ｂ；電極端 ２０ａ・２０ｂ・２１ａ・２１ｂ；外部電極 ５１・５２；セラミックスグリーンシート ５３；電極グリーンシート Ｐ；電極ピッチ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1: Piezoelectric element 2: Piezoelectric body 3, 4; Electrode 10: Laminated piezoelectric element 11a-11e; Piezoelectric body 12a-15a, 12b-15b, 41; Linear electrode 16a-19a, 16b-19b; Electrode end 20a 20b ・ 21a ・ 21b; external electrode 51 ・ 52; ceramic green sheet 53; electrode green sheet P; electrode pitch

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山川 孝宏 東京都江東区清澄一丁目２番23号 太平洋 セメント株式会社中央研究所内 (72)発明者 加藤 友好 東京都江東区清澄一丁目２番23号 太平洋 セメント株式会社中央研究所内 (72)発明者 片岡 昌子 東京都江東区清澄一丁目２番23号 太平洋 セメント株式会社中央研究所内 (72)発明者 福永 了一 東京都江東区清澄一丁目２番23号 太平洋 セメント株式会社中央研究所内 (72)発明者 関 順子 東京都江東区清澄一丁目２番23号 太平洋 セメント株式会社中央研究所内 ──────────────────────────────────────────────────の Continuing on the front page (72) Inventor Takahiro Yamakawa 1-2-3 Kiyosumi, Koto-ku, Tokyo Inside the Central Research Institute of Pacific Cement Co., Ltd. (72) Inventor Tomoyoshi Kato 1-2-23 Kiyosumi, Koto-ku, Tokyo Taiheiyo Cement Co., Ltd. Central Research Institute (72) Inventor Masako Kataoka 1-2-3 Kiyosumi, Koto-ku, Tokyo Pacific Cement Co., Ltd. No. Pacific Cement Co., Ltd. Central Research Laboratory (72) Inventor Junko Seki 1-2-2 Kiyosumi, Koto-ku, Tokyo Pacific Cement Co., Ltd. Central Research Laboratory

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 圧電体に電界方向が互いに直交する２組
の電極対が形成されてなる圧電素子であって、 少なくとも一方の電極対の電極は線状に形成されてお
り、他方の電極対によって分極が行われた後に、前記線
状の電極対に電圧を印加することによって、前記圧電体
がずり剪断変形を起こすことを特徴とする圧電素子。1. A piezoelectric element in which two pairs of electrodes whose electric field directions are orthogonal to each other are formed on a piezoelectric body, wherein at least one electrode pair is formed in a linear shape, and the other electrode pair is formed. A piezoelectric element characterized in that, after polarization is performed by applying a voltage to the linear electrode pair, the piezoelectric body undergoes shearing deformation. 【請求項２】 所定ピッチで平行に並べられた複数の線
状電極を１本おきに接続してなる１組の内部電極が表面
に形成された板状の圧電体を、前記線状電極の長さ方向
と前記圧電体の厚み方向の両方向に垂直な方向に、前記
所定ピッチの半分の間隔ほどずらしながら積層し、当該
積層方向において一層おきに前記所定ピッチほどずれて
位置する線状電極どうしを接続してなることを特徴とす
る圧電素子。2. A plate-like piezoelectric body on the surface of which a set of internal electrodes formed by connecting a plurality of linear electrodes arranged in parallel at a predetermined pitch on every other electrode is formed. In the direction perpendicular to both the length direction and the thickness direction of the piezoelectric body, the layers are laminated while being shifted by an interval of a half of the predetermined pitch, and the linear electrodes which are shifted by the predetermined pitch every other layer in the laminating direction. A piezoelectric element characterized by being connected to a piezoelectric element. 【請求項３】 １組の櫛形電極が表面に形成された板状
の圧電体を、前記櫛形電極の電極ピッチの半分ほど櫛形
電極の位置がずれるように順次積層し、当該積層方向に
おいて一段おきに前記電極ピッチほどずれて位置する電
極を互いに接続してなることを特徴とする圧電素子。3. A plate-like piezoelectric body having a pair of comb-shaped electrodes formed on its surface is sequentially stacked such that the positions of the comb-shaped electrodes are shifted by about half the electrode pitch of the comb-shaped electrodes, and every other row in the stacking direction. Electrodes connected to each other at positions shifted from each other by the electrode pitch. 【請求項４】 前記圧電体の奇数段に格子状に位置する
電極対と、偶数段に格子状に位置する電極対について、
一方の電極対を駆動用電極として用い、他方の電極対を
分極用電極として用いることを特徴とする請求項２また
は請求項３に記載の圧電素子。4. An electrode pair located in a grid on odd-numbered stages and an electrode pair located in a lattice on even-numbered stages of the piezoelectric body.
4. The piezoelectric element according to claim 2, wherein one of the electrode pairs is used as a driving electrode, and the other electrode pair is used as a polarization electrode. 【請求項５】 前記圧電体の厚みと前記圧電体の表面に
形成された電極形状および電極ピッチを調整することに
より、 前記圧電体の積層方向において対向する一対の電極と、
当該電極による電界と直交するように電界を発生させる
一対の電極およびこれらの電極間に位置する圧電体から
なる複数のユニットの各々が、同等に変位することを特
徴とする請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の
圧電素子。5. A pair of electrodes facing each other in a stacking direction of the piezoelectric body by adjusting a thickness of the piezoelectric body, an electrode shape and an electrode pitch formed on a surface of the piezoelectric body,
The pair of electrodes for generating an electric field so as to be orthogonal to the electric field by the electrodes and each of a plurality of units including a piezoelectric body located between the electrodes is displaced equally. 5. The piezoelectric element according to any one of 4. 【請求項６】 電極が形成されたセラミックスグリーン
シートを積層して、一体焼成されてなることを特徴とす
る請求項２から請求項５のいずれか１項に記載の圧電素
子。6. The piezoelectric element according to claim 2, wherein ceramic green sheets on which electrodes are formed are laminated and integrally fired. 【請求項７】 前記圧電体が圧電セラミックスであるこ
とを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に
記載の圧電素子。7. The piezoelectric element according to claim 1, wherein the piezoelectric body is a piezoelectric ceramic. 【請求項８】 駆動用電極と分極用電極が併設されてい
ることにより、脱分極したときに再分極が可能であるこ
とを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に
記載の圧電素子。8. The method according to claim 1, wherein the drive electrode and the polarization electrode are provided side by side so that repolarization is possible when depolarized. Piezoelectric element. 【請求項９】 電界方向が直交する駆動用電極および分
極用電極を有し、少なくとも前記駆動用電極は線状に形
成され、分極が行われた後に前記駆動用電極に電圧を印
加することによって、ずり剪断変形を起こすユニットを
含んだ圧電素子の使用方法であって、 分極処理時には駆動用電極を短絡せずに分極用電極に電
圧を印加し、一方、駆動時には分極用電極を短絡せずに
駆動用電極に電圧を印加することを特徴とする圧電素子
の使用方法。9. A driving electrode and a polarization electrode whose electric field directions are orthogonal to each other, wherein at least the driving electrode is formed in a linear shape, and a voltage is applied to the driving electrode after polarization is performed. A method of using a piezoelectric element including a unit that causes shearing deformation, wherein a voltage is applied to the polarization electrode without short-circuiting the driving electrode during the polarization process, while the polarization electrode is not short-circuited during driving. And applying a voltage to the driving electrode.