JP3470994B2 - 圧電セラミックス素子 - Google Patents
圧電セラミックス素子Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超音波モータ、圧
電トランス、圧電アクチュエータ等を構成する圧電セラ
ミックス素子に関し、さらに詳しくは、この圧電セラミ
ックス素子の表面に形成される電極（表面電極）の表面
隅角部の形状に関するものである。
電トランス、圧電アクチュエータ等を構成する圧電セラ
ミックス素子に関し、さらに詳しくは、この圧電セラミ
ックス素子の表面に形成される電極（表面電極）の表面
隅角部の形状に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の圧電セラミックス素子と
しては、例えば図８にその一例を示すように、圧電セラ
ミックス材料による圧電素子基材８２の表裏面に電極
（表面電極）８４を形成し（図８では、表面側の電極の
みを図示）、両電極間に直流高電圧を印加して分極処理
を施している。そして、電極８４間に電圧を印加するこ
とにより圧電素子基材８２にその分極に比例した内部歪
が発生し（逆圧電効果）、電圧の印加を解除することに
よりその歪が元に戻り、これの繰り返しにより圧電セラ
ミックス素子８０が圧電駆動（アクチュエート）される
ものである。
しては、例えば図８にその一例を示すように、圧電セラ
ミックス材料による圧電素子基材８２の表裏面に電極
（表面電極）８４を形成し（図８では、表面側の電極の
みを図示）、両電極間に直流高電圧を印加して分極処理
を施している。そして、電極８４間に電圧を印加するこ
とにより圧電素子基材８２にその分極に比例した内部歪
が発生し（逆圧電効果）、電圧の印加を解除することに
よりその歪が元に戻り、これの繰り返しにより圧電セラ
ミックス素子８０が圧電駆動（アクチュエート）される
ものである。
【０００３】ところでその圧電セラミックス素子８０の
表裏面に形成される電極８４（表面電極）は、従来一般
にその隅角部が角張った矩形形状をしていた。そのため
に、表裏面の電極８４間に電圧が印加されて圧電セラミ
ックス素子８０がアクチュエートされると、圧電素子基
材８２の電極８４が形成された領域部分と、その周辺の
電極８４が形成されていない領域部分との境界部分にせ
ん断応力が作用し、その境界部分に逆圧電効果による内
部歪が集中するという問題があった。
表裏面に形成される電極８４（表面電極）は、従来一般
にその隅角部が角張った矩形形状をしていた。そのため
に、表裏面の電極８４間に電圧が印加されて圧電セラミ
ックス素子８０がアクチュエートされると、圧電素子基
材８２の電極８４が形成された領域部分と、その周辺の
電極８４が形成されていない領域部分との境界部分にせ
ん断応力が作用し、その境界部分に逆圧電効果による内
部歪が集中するという問題があった。
【０００４】また、このように電極８４の隅角部が角張
った矩形形状をしていると、矩形電極の隣合う二つの隅
角部から圧電素子基材の電極が形成されていない部分の
中心部へ向かって亀裂８６が発生し、圧電素子の疲労強
度の低下を招来し、繰り返し使用によってその耐用寿命
を短縮させるという問題があった。
った矩形形状をしていると、矩形電極の隣合う二つの隅
角部から圧電素子基材の電極が形成されていない部分の
中心部へ向かって亀裂８６が発生し、圧電素子の疲労強
度の低下を招来し、繰り返し使用によってその耐用寿命
を短縮させるという問題があった。
【０００５】一方このような問題を解消するものとして
特開昭５４−４３４９１号公報に開示された圧電形トラ
ンスジューサが知られている。この圧電形トランスジュ
ーサ９０は、図９に示したように、圧電基材９２の表裏
面に駆動電極９４，９４を設け、圧電基材９２の片端面
に発電部電極９６を形成し、駆動電極９４の駆動部と発
電部との境界線の形状を波状にしたもので、こうするこ
とにより分極処理時に発生するせん断歪力の減少を図
り、分極処理時またはその後に生じる圧電素子基材の破
損またはクラックを減少させるようにしたものである。
特開昭５４−４３４９１号公報に開示された圧電形トラ
ンスジューサが知られている。この圧電形トランスジュ
ーサ９０は、図９に示したように、圧電基材９２の表裏
面に駆動電極９４，９４を設け、圧電基材９２の片端面
に発電部電極９６を形成し、駆動電極９４の駆動部と発
電部との境界線の形状を波状にしたもので、こうするこ
とにより分極処理時に発生するせん断歪力の減少を図
り、分極処理時またはその後に生じる圧電素子基材の破
損またはクラックを減少させるようにしたものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この特
開昭５４−４３４９１号公報に開示されたもののよう
に、圧電基材９２表面の駆動電極９４の駆動部と発電部
との境界線の形状を波状にしても、波の先端部や境界線
の角の部分においては、分極処理の際に内部歪が集中す
ることになり、やはり繰り返し使用によって亀裂の発生
や圧電素子の疲労強度の低下を招来し、耐用寿命を短縮
させていた。
開昭５４−４３４９１号公報に開示されたもののよう
に、圧電基材９２表面の駆動電極９４の駆動部と発電部
との境界線の形状を波状にしても、波の先端部や境界線
の角の部分においては、分極処理の際に内部歪が集中す
ることになり、やはり繰り返し使用によって亀裂の発生
や圧電素子の疲労強度の低下を招来し、耐用寿命を短縮
させていた。
【０００７】また例えば、超音波モータ用の素子では、
モータ素子基材の表面に複数の電極を等間隔に設け、こ
れらの電極を交互に逆向きに分極しておき、位相の異な
る２種類の交流電圧で駆動することによって進行波を起
こし、モータを回転駆動させるものであるが、その時に
一方の電極領域では圧電材料が伸長し、もう一方では収
縮する動作を行わせるので、大きなせん断歪力が発生
し、亀裂が発生する可能性が高かった。そこでこの超音
波モータ素子に上述の特開昭５４−４３４９１号公報の
技術を応用することを考え、各表面電極間の境界線を波
状とし応力の集中を避けようとしたが、やはり波の先端
部や境界線の角の部分では亀裂を避けることが難しかっ
た。
モータ素子基材の表面に複数の電極を等間隔に設け、こ
れらの電極を交互に逆向きに分極しておき、位相の異な
る２種類の交流電圧で駆動することによって進行波を起
こし、モータを回転駆動させるものであるが、その時に
一方の電極領域では圧電材料が伸長し、もう一方では収
縮する動作を行わせるので、大きなせん断歪力が発生
し、亀裂が発生する可能性が高かった。そこでこの超音
波モータ素子に上述の特開昭５４−４３４９１号公報の
技術を応用することを考え、各表面電極間の境界線を波
状とし応力の集中を避けようとしたが、やはり波の先端
部や境界線の角の部分では亀裂を避けることが難しかっ
た。
【０００８】本発明の解決しようとする課題は、圧電セ
ラミックス素子基材の表面に設けられる表面電極に電圧
を印加して圧電駆動を繰り返すに際し、その繰り返し使
用による疲労強度の低下を抑制することにより、耐用寿
命の長い圧電セラミックス素子を提供することにある。
ラミックス素子基材の表面に設けられる表面電極に電圧
を印加して圧電駆動を繰り返すに際し、その繰り返し使
用による疲労強度の低下を抑制することにより、耐用寿
命の長い圧電セラミックス素子を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の圧電セラミックス素子は、圧電セラミックス
材料からなる厚さ０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下の圧電素子
基材の表面に平面多角形状の電極が形成されたものであ
って、前記電極の隅角部を曲率半径が０．３ｍｍ以上
１．５ｍｍ以下の円弧形状としたことを要旨とするもの
である。
に本発明の圧電セラミックス素子は、圧電セラミックス
材料からなる厚さ０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下の圧電素子
基材の表面に平面多角形状の電極が形成されたものであ
って、前記電極の隅角部を曲率半径が０．３ｍｍ以上
１．５ｍｍ以下の円弧形状としたことを要旨とするもの
である。
【００１０】この場合に表面電極が形成される圧電セラ
ミックス材料としては、ジルコンチタン酸鉛Ｐｂ（Ｚｒ
・Ｔｉ）Ｏ3 系材料（ＰＺＴ材料）が代表的なものとし
て挙げられ、予め分極処理が施されたものが適用され
る。表面電極としては、一般に銀ペースト材料が用いら
れる。また電極の平面形状としては、正方形、長方形、
台形あるいは直線と曲線で構成された形状等を問わな
い。ただし、圧電素子の厚さが０．５ｍｍ〜２ｍｍ程度
の場合は、その電極の隅角部に施される円弧形状の半径
が０．３ｍｍ以上であることが望ましい。その円弧形状
が半径０．３ｍｍより小さいと、電圧を印加したときの
内部歪が十分に分散されず、その隅角部に応力が集中す
ることになって望ましくない。一方、圧電素子の厚さが
０．５ｍｍより薄いような素子の場合は、半径０．３ｍ
ｍより小さい円弧を電極の隅角部に設けることによって
も内部歪を緩和することができる。
ミックス材料としては、ジルコンチタン酸鉛Ｐｂ（Ｚｒ
・Ｔｉ）Ｏ3 系材料（ＰＺＴ材料）が代表的なものとし
て挙げられ、予め分極処理が施されたものが適用され
る。表面電極としては、一般に銀ペースト材料が用いら
れる。また電極の平面形状としては、正方形、長方形、
台形あるいは直線と曲線で構成された形状等を問わな
い。ただし、圧電素子の厚さが０．５ｍｍ〜２ｍｍ程度
の場合は、その電極の隅角部に施される円弧形状の半径
が０．３ｍｍ以上であることが望ましい。その円弧形状
が半径０．３ｍｍより小さいと、電圧を印加したときの
内部歪が十分に分散されず、その隅角部に応力が集中す
ることになって望ましくない。一方、圧電素子の厚さが
０．５ｍｍより薄いような素子の場合は、半径０．３ｍ
ｍより小さい円弧を電極の隅角部に設けることによって
も内部歪を緩和することができる。
【００１１】上記構成を有する圧電セラミックス素子に
よれば、表面電極を介して圧電素子基材に電圧が印加さ
れた時に、その圧電素子基材には電気分極に比例した内
部歪が生じるが、その内部歪は、円弧形状をしている表
面電極の隅角部に集中することなく分散される。したが
って、繰り返し使用しても疲労強度の低下がその隅角部
に生じるようなことは回避される。
よれば、表面電極を介して圧電素子基材に電圧が印加さ
れた時に、その圧電素子基材には電気分極に比例した内
部歪が生じるが、その内部歪は、円弧形状をしている表
面電極の隅角部に集中することなく分散される。したが
って、繰り返し使用しても疲労強度の低下がその隅角部
に生じるようなことは回避される。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を図
面を参照して具体的に詳細に説明する。図１は、本発明
の圧電セラミックス素子を超音波モータ素子に適用した
例を示している。図において、超音波モータ素子１０
は、外径６５ｍｍ、内径５０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのリ
ング状のジルコンチタン酸鉛Ｐｂ（Ｚｒ・Ｔｉ）Ｏ3 系
材料（ＰＺＴ材料）による圧電素子基材１２の表面に銀
ペースト材料による複数の電極（分割電極）１４，１４
…がスクリーン印刷機により約０．８ｍｍの間隔で形成
されたものである。
面を参照して具体的に詳細に説明する。図１は、本発明
の圧電セラミックス素子を超音波モータ素子に適用した
例を示している。図において、超音波モータ素子１０
は、外径６５ｍｍ、内径５０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのリ
ング状のジルコンチタン酸鉛Ｐｂ（Ｚｒ・Ｔｉ）Ｏ3 系
材料（ＰＺＴ材料）による圧電素子基材１２の表面に銀
ペースト材料による複数の電極（分割電極）１４，１４
…がスクリーン印刷機により約０．８ｍｍの間隔で形成
されたものである。
【００１３】この電極１４，１４…の平面形状として
は、２本の円弧と２本の直線で構成された四角形状が採
用され、四つの隅角部１６，１６…は、半径１．５ｍｍ
（Ｒ＝１．５ｍｍ）の円弧形状に形成されている。電極
パターンの分割数としては、要求特性に応じて８〜１８
程度の偶数値が選択されている。
は、２本の円弧と２本の直線で構成された四角形状が採
用され、四つの隅角部１６，１６…は、半径１．５ｍｍ
（Ｒ＝１．５ｍｍ）の円弧形状に形成されている。電極
パターンの分割数としては、要求特性に応じて８〜１８
程度の偶数値が選択されている。
【００１４】電極１４，１４…が形成された圧電素子基
材１２には、図示せぬ分極処理用治具により、電極１
４，１４…の形成部位に対応してプラス極（＋極）とマ
イナス極（−極）とが交互に並ぶように分極処理が施さ
れる。この分極処理は、液温８０〜１００℃の絶縁油の
中に分極治具を浸し交互に逆向きの高電圧（約４〜５ｋ
Ｖ）を１０〜１５分程度印加することによりなされる。
これにより超音波モータ素子１０の隣合う電極１４，１
４…は、プラス極（＋極）とマイナス極（−極）が交互
に形成されたものとなる。
材１２には、図示せぬ分極処理用治具により、電極１
４，１４…の形成部位に対応してプラス極（＋極）とマ
イナス極（−極）とが交互に並ぶように分極処理が施さ
れる。この分極処理は、液温８０〜１００℃の絶縁油の
中に分極治具を浸し交互に逆向きの高電圧（約４〜５ｋ
Ｖ）を１０〜１５分程度印加することによりなされる。
これにより超音波モータ素子１０の隣合う電極１４，１
４…は、プラス極（＋極）とマイナス極（−極）が交互
に形成されたものとなる。
【００１５】このように構成された超音波モータ素子１
０の隣合う電極１４，１４…は、２つの領域に分けら
れ、一方が例えばＣｓｉｎωｔで、他方がＣｃｏｓωｔ
で励振され、これにより所定の方向に伝播する進行波が
発生される。このときに分極と逆極性の電圧を印加した
電極領域には圧電素子基材１２が収縮し、同極性の電圧
を印加した電極領域では圧電素子基材１２が伸長するた
め、両電極間にせん断歪力が生じるが、各電極の各隅角
部は、円弧形状とされているので、その隅角部に応力が
集中することが回避されるものである。
０の隣合う電極１４，１４…は、２つの領域に分けら
れ、一方が例えばＣｓｉｎωｔで、他方がＣｃｏｓωｔ
で励振され、これにより所定の方向に伝播する進行波が
発生される。このときに分極と逆極性の電圧を印加した
電極領域には圧電素子基材１２が収縮し、同極性の電圧
を印加した電極領域では圧電素子基材１２が伸長するた
め、両電極間にせん断歪力が生じるが、各電極の各隅角
部は、円弧形状とされているので、その隅角部に応力が
集中することが回避されるものである。
【００１６】次に、この超音波モータ素子について４点
曲げ疲労試験を行った。この疲労試験に際しては、図１
に示したリング状の超音波モータ素子１０から二つの電
極１４，１４を含んだ領域（破線部Ａ）を切り出して供
試試料（実施例１）とした。そして図２に示したよう
に、この供試試料（実施例１）の電極１４の境界部（矢
示Ｂ）に引張応力が作用するように、この供試試料の上
下面に治具１８を添当し電源部２０に接続して疲労試験
装置を構成した。
曲げ疲労試験を行った。この疲労試験に際しては、図１
に示したリング状の超音波モータ素子１０から二つの電
極１４，１４を含んだ領域（破線部Ａ）を切り出して供
試試料（実施例１）とした。そして図２に示したよう
に、この供試試料（実施例１）の電極１４の境界部（矢
示Ｂ）に引張応力が作用するように、この供試試料の上
下面に治具１８を添当し電源部２０に接続して疲労試験
装置を構成した。
【００１７】４点曲げ疲労試験は、最大応力６３ＭＰ
ａ、応力比０．２５の片振りの条件で、超音波モータで
の実駆動状態を模倣して応力と位相とを約９０度ずらし
た電圧（２００Ｖｒｍｓ）を治具１８を通じて供試試料
（実施例１）に印加し、疲労破壊にいたる応力の繰り返
し回数を測定することにより行った。この際に、実施例
１との比較のために、従来の表面電極の隅角部を直角と
した素子（比較例１）と、表面電極の境界部を波長１ｍ
ｍ、振幅０．２５ｍｍの波状とした素子（比較例２）を
供試試料として作製し、比較例１，２についても実施例
１と同じ条件で４点曲げ疲労試験を行った。
ａ、応力比０．２５の片振りの条件で、超音波モータで
の実駆動状態を模倣して応力と位相とを約９０度ずらし
た電圧（２００Ｖｒｍｓ）を治具１８を通じて供試試料
（実施例１）に印加し、疲労破壊にいたる応力の繰り返
し回数を測定することにより行った。この際に、実施例
１との比較のために、従来の表面電極の隅角部を直角と
した素子（比較例１）と、表面電極の境界部を波長１ｍ
ｍ、振幅０．２５ｍｍの波状とした素子（比較例２）を
供試試料として作製し、比較例１，２についても実施例
１と同じ条件で４点曲げ疲労試験を行った。
【００１８】図３は、実施例及び比較例について行った
４点曲げ疲労試験により得られた平均疲労寿命を比較し
て示した図である。この図に示したように、実施例１の
平均疲労寿命が５．９×１０6 回であったのに対して、
比較例１の平均疲労寿命が２．９×１０6回、比較例２
の平均疲労寿命が１．１×１０6回であった。このよう
に、実施例１の平均疲労寿命は、比較例１の約２倍、比
較例２の約５．４倍になった。このことから、表面電極
の隅角部を円弧形状とすることにより内部歪がその隅角
部に集中することなく分散され、圧電セラミックス素子
の疲労強度の低下が大幅に抑制されたことが判明した。
４点曲げ疲労試験により得られた平均疲労寿命を比較し
て示した図である。この図に示したように、実施例１の
平均疲労寿命が５．９×１０6 回であったのに対して、
比較例１の平均疲労寿命が２．９×１０6回、比較例２
の平均疲労寿命が１．１×１０6回であった。このよう
に、実施例１の平均疲労寿命は、比較例１の約２倍、比
較例２の約５．４倍になった。このことから、表面電極
の隅角部を円弧形状とすることにより内部歪がその隅角
部に集中することなく分散され、圧電セラミックス素子
の疲労強度の低下が大幅に抑制されたことが判明した。
【００１９】また、従来の電極形状では、加工段階で形
成された電極の隅角部の傷や損傷に、駆動により発生す
る電極隅角部の内部歪が作用して、亀裂伝播等が生じこ
れが一因となって低疲労寿命になったのに対し、実施例
によれば、電極隅角部を円弧形状として隅角部の内部歪
を緩和したために電極の隅角部に存在する傷や損傷に作
用する内部歪が減少する。このことも本実施例の疲労寿
命の延長を促している要因と推察される。
成された電極の隅角部の傷や損傷に、駆動により発生す
る電極隅角部の内部歪が作用して、亀裂伝播等が生じこ
れが一因となって低疲労寿命になったのに対し、実施例
によれば、電極隅角部を円弧形状として隅角部の内部歪
を緩和したために電極の隅角部に存在する傷や損傷に作
用する内部歪が減少する。このことも本実施例の疲労寿
命の延長を促している要因と推察される。
【００２０】図４は、本発明の圧電セラミックス素子を
圧電トランス素子に適用した例を示している。図におい
て、圧電トランス素子３０は、矩形形状のＰＺＴ材料に
よる圧電素子基材３２の上下両方の表面に銀ペースト材
料による四角形状の電極３４が形成されている。この電
極３４の平面形状としては、四角形状（長方形状）が採
用され、電極が形成されていない圧電素子基材との境界
線上にある２つの隅角部３６，３６…は、半径１．５ｍ
ｍ（Ｒ＝１．５ｍｍ）の円弧形状に形成されている。
圧電トランス素子に適用した例を示している。図におい
て、圧電トランス素子３０は、矩形形状のＰＺＴ材料に
よる圧電素子基材３２の上下両方の表面に銀ペースト材
料による四角形状の電極３４が形成されている。この電
極３４の平面形状としては、四角形状（長方形状）が採
用され、電極が形成されていない圧電素子基材との境界
線上にある２つの隅角部３６，３６…は、半径１．５ｍ
ｍ（Ｒ＝１．５ｍｍ）の円弧形状に形成されている。
【００２１】次に、この圧電トランス素子について４点
曲げ疲労試験を行った。この疲労試験に際しては、図４
の圧電トランス素子３０を供試試料（実施例２）とし
た。そしてこの実施例２の電極３４の境界部に引張応力
が作用するように、図示はしないが、この実施例２に治
具を添当し電源部に接続して疲労試験装置を構成した。
４点曲げ疲労試験は、上述した供試試料（実施例１）に
ついて行った試験と同じ条件で行われた。この際に、実
施例２との比較のために、従来の表面電極の隅角部を直
角とした素子（比較例３）を作製し、比較例３について
も実施例２と同じ条件で４点曲げ疲労試験を行った。
曲げ疲労試験を行った。この疲労試験に際しては、図４
の圧電トランス素子３０を供試試料（実施例２）とし
た。そしてこの実施例２の電極３４の境界部に引張応力
が作用するように、図示はしないが、この実施例２に治
具を添当し電源部に接続して疲労試験装置を構成した。
４点曲げ疲労試験は、上述した供試試料（実施例１）に
ついて行った試験と同じ条件で行われた。この際に、実
施例２との比較のために、従来の表面電極の隅角部を直
角とした素子（比較例３）を作製し、比較例３について
も実施例２と同じ条件で４点曲げ疲労試験を行った。
【００２２】図５は、実施例及び比較例について行った
４点曲げ疲労試験により得られた平均疲労寿命を比較し
て示した図である。この図に示したように、実施例２の
平均疲労寿命が６．４×１０6 回であったのに対して、
比較例３の平均疲労寿命が３．４×１０6 回であった。
このように、実施例２の平均疲労寿命は、比較例３の約
１．９倍になった。このことから、上述と同様に表面電
極の隅角部を円弧形状とすることにより飛躍的に疲労強
度の低下が抑制されたことが判明した。
４点曲げ疲労試験により得られた平均疲労寿命を比較し
て示した図である。この図に示したように、実施例２の
平均疲労寿命が６．４×１０6 回であったのに対して、
比較例３の平均疲労寿命が３．４×１０6 回であった。
このように、実施例２の平均疲労寿命は、比較例３の約
１．９倍になった。このことから、上述と同様に表面電
極の隅角部を円弧形状とすることにより飛躍的に疲労強
度の低下が抑制されたことが判明した。
【００２３】図６Ａは、本発明の圧電セラミックス素子
をノックセンサ素子に適用した例を示した平面図、図６
Ｂはその側面図及び図６Ｃはその裏側を示したものであ
る。これらの図において、ノックセンサ素子６０は、外
径２４ｍｍ、内径１６ｍｍ、厚さ２．０ｍｍのリング状
のＰＺＴ材料による圧電素子基材６２の表面に銀ペース
ト材料による一対の半割リング状の電極６４，６４が対
向して形成されている。この電極６４，６４の平面形状
としては、半割リング状の半割部分の内側と外側とを緩
やかな曲線で連結してできる形状が採用され、曲率が最
大となる部分、すなわち四つの隅角部６６，６６…は、
半径０．３〜１．５ｍｍの円弧形状に形成されている。
をノックセンサ素子に適用した例を示した平面図、図６
Ｂはその側面図及び図６Ｃはその裏側を示したものであ
る。これらの図において、ノックセンサ素子６０は、外
径２４ｍｍ、内径１６ｍｍ、厚さ２．０ｍｍのリング状
のＰＺＴ材料による圧電素子基材６２の表面に銀ペース
ト材料による一対の半割リング状の電極６４，６４が対
向して形成されている。この電極６４，６４の平面形状
としては、半割リング状の半割部分の内側と外側とを緩
やかな曲線で連結してできる形状が採用され、曲率が最
大となる部分、すなわち四つの隅角部６６，６６…は、
半径０．３〜１．５ｍｍの円弧形状に形成されている。
【００２４】すなわち、隅角部の円弧形状の半径を０．
３ｍｍとしたもの（実施例４）、円弧形状の半径を０．
５ｍｍとしたもの（実施例５）、円弧形状の半径を０．
８ｍｍとしたもの（実施例６）、円弧形状の半径を１．
５ｍｍとしたもの（実施例７）を供試試料として作製し
た。また、これらとの比較のために隅角部に円弧形状を
形成しなかった図７に示した圧電セラミックス素子（比
較例４）を作製した。
３ｍｍとしたもの（実施例４）、円弧形状の半径を０．
５ｍｍとしたもの（実施例５）、円弧形状の半径を０．
８ｍｍとしたもの（実施例６）、円弧形状の半径を１．
５ｍｍとしたもの（実施例７）を供試試料として作製し
た。また、これらとの比較のために隅角部に円弧形状を
形成しなかった図７に示した圧電セラミックス素子（比
較例４）を作製した。
【００２５】次に、これらの圧電素子（実施例４〜７，
比較例４）を１．２〜３．５ｋＶ／ｍｍの電圧で分極処
理した。その後、これらの圧電素子の表面に形成された
電極を除去し、圧電素子表面に発生したマイクロクラッ
クの発生数を観察した。その結果を表１に示す。
比較例４）を１．２〜３．５ｋＶ／ｍｍの電圧で分極処
理した。その後、これらの圧電素子の表面に形成された
電極を除去し、圧電素子表面に発生したマイクロクラッ
クの発生数を観察した。その結果を表１に示す。
【００２６】
【表１】
【００２７】表中の分数表示の分母は試験素子数、分子
はマイクロクラック発生素子数を示す。実施例４〜７の
圧電素子には亀裂が発生しない、もしくは発生数が少な
かったが、すべての比較例４の圧電素子には、図７に示
したように電極の形状を直線状にした部分にマイクロク
ラック７２，７２…が発生した。
はマイクロクラック発生素子数を示す。実施例４〜７の
圧電素子には亀裂が発生しない、もしくは発生数が少な
かったが、すべての比較例４の圧電素子には、図７に示
したように電極の形状を直線状にした部分にマイクロク
ラック７２，７２…が発生した。
【００２８】以上説明した本実施例１〜７による電極を
圧電素子に適用すれば、隅角部に形成された円弧形状に
より、電圧が印加されても圧電素子への内部歪が一点に
集中することなく分散される。そのため、繰り返し使用
をしても疲労強度の低下が抑制される。また、圧電素子
の加工時に圧電素子基材の表面に電極を形成する際にお
いても、その電極の隅角部が円弧形状とされるため圧電
素子基材に傷やマイクロクラックが従来に較べて遥かに
形成されにくくなる。そのため、その傷や損傷に起因し
た疲労強度の低下が回避されるのみならず、疲れ亀裂伝
播等の現象も回避される。
圧電素子に適用すれば、隅角部に形成された円弧形状に
より、電圧が印加されても圧電素子への内部歪が一点に
集中することなく分散される。そのため、繰り返し使用
をしても疲労強度の低下が抑制される。また、圧電素子
の加工時に圧電素子基材の表面に電極を形成する際にお
いても、その電極の隅角部が円弧形状とされるため圧電
素子基材に傷やマイクロクラックが従来に較べて遥かに
形成されにくくなる。そのため、その傷や損傷に起因し
た疲労強度の低下が回避されるのみならず、疲れ亀裂伝
播等の現象も回避される。
【００２９】本発明は、上記した実施例に何等限定され
るものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々
の改変が可能である。上記した実施例においては、圧電
素子基材としてＰＺＴ材料を適用したが、これに限定さ
れることなく、ＰＺＴを含む三成分系、ＰｂＴｉＯ
3（ＰＴ）系、（Ｂｉ1/2Ｎａ1/2）ＴｉＯ3（ＢＮＴ）系
なども用いてもよい。
るものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々
の改変が可能である。上記した実施例においては、圧電
素子基材としてＰＺＴ材料を適用したが、これに限定さ
れることなく、ＰＺＴを含む三成分系、ＰｂＴｉＯ
3（ＰＴ）系、（Ｂｉ1/2Ｎａ1/2）ＴｉＯ3（ＢＮＴ）系
なども用いてもよい。
【００３０】
【発明の効果】本発明の圧電セラミックス素子は、圧電
セラミックス材料による圧電素子基材の表面に形成され
る平面多角形状の電極の隅角部を円弧形状としたので、
圧電駆動を繰り返すに際し、該電極を介して圧電素子基
材に電圧が印加されても圧電素子基材の隅角部付近に発
生する内部歪が分散される。これにより、電極が形成さ
れる圧電素子基材の亀裂の発生が解消され、疲労強度の
低下が抑制される。このような圧電セラミックス素子に
よれば、繰り返し使用に対する疲労寿命が延長されるか
らその利用分野がさらに広範囲なものとなり、産業上極
めて有益である。
セラミックス材料による圧電素子基材の表面に形成され
る平面多角形状の電極の隅角部を円弧形状としたので、
圧電駆動を繰り返すに際し、該電極を介して圧電素子基
材に電圧が印加されても圧電素子基材の隅角部付近に発
生する内部歪が分散される。これにより、電極が形成さ
れる圧電素子基材の亀裂の発生が解消され、疲労強度の
低下が抑制される。このような圧電セラミックス素子に
よれば、繰り返し使用に対する疲労寿命が延長されるか
らその利用分野がさらに広範囲なものとなり、産業上極
めて有益である。
【図１】本発明の一実施の形態に係る圧電セラミックス
素子を超音波モータ素子に適用した例を示した図であ
る。
素子を超音波モータ素子に適用した例を示した図であ
る。
【図２】図１に示した表面電極が形成された超音波モー
タ素子について行った４点曲げ疲労試験の外観構成を示
した図である。
タ素子について行った４点曲げ疲労試験の外観構成を示
した図である。
【図３】実施例及び比較例について行った４点曲げ疲労
試験により得られた平均疲労寿命を比較して示した図で
ある。
試験により得られた平均疲労寿命を比較して示した図で
ある。
【図４】本発明の一実施の形態に係る圧電セラミックス
素子を圧電トランス素子に適用した例を示した図であ
る。
素子を圧電トランス素子に適用した例を示した図であ
る。
【図５】実施例及び比較例について行った４点曲げ疲労
試験により得られた平均疲労寿命を比較して示した図で
ある。
試験により得られた平均疲労寿命を比較して示した図で
ある。
【図６Ａ】本発明の一実施の形態に係る圧電セラミック
ス素子を圧電素子に適用した例を示した平面図である。
ス素子を圧電素子に適用した例を示した平面図である。
【図６Ｂ】その側面図である。
【図６Ｃ】その裏面図である。
【図７】比較例として用いた圧電素子に亀裂が発生した
状態を示した図である。
状態を示した図である。
【図８】従来の圧電セラミックス素子を圧電素子に適用
することにより圧電素子基材に亀裂が発生した例を示し
た図である。
することにより圧電素子基材に亀裂が発生した例を示し
た図である。
【図９】従来の圧電セラミックス素子を圧電素子に適用
した例を示した図である。
した例を示した図である。
１０ 超音波モータ素子
３０ 圧電トランス素子
６０ ノックセンサ素子
１２、３２、６２ 圧電素子基材
１４、３４、６４ 電極
１６、３６、６６ 隅角部
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 長屋 年厚
愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式
会社デンソー内
(72)発明者 向井 寛克
愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式
会社デンソー内
(56)参考文献 特開 平７−177765（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 41/09
Claims (6)
- 【請求項１】 圧電セラミックス材料からなる厚さ０．
５ｍｍ以上２ｍｍ以下の圧電素子基材の表面に平面多角
形状の電極が形成されたものであって、前記電極の隅角
部を曲率半径が０．３ｍｍ以上１．５ｍｍ以下の円弧形
状としたことを特徴とする圧電セラミックス素子。 - 【請求項２】 前記隅角部の曲率半径は、０．５ｍｍ以
上１．５ｍｍ以下である請求項１に記載の圧電セラミッ
クス素子。 - 【請求項３】 前記隅角部の曲率半径は、０．８ｍｍ以
上１．５ｍｍ以下である請求項１に記載の圧電セラミッ
クス素子。 - 【請求項４】 前記圧電素子基材は、リング状である請
求項１から３までのいずれかに記載の圧電セラミックス
素子。 - 【請求項５】 前記圧電素子基材の少なくとも一方の表
面には、平面多角形状の偶数個の電極が形成されている
請求項１から４までのいずれかに記載の圧電セラミック
ス素子。 - 【請求項６】 前記電極が形成された前記圧電素子基材
の領域が交互に逆方向に分極されている請求項１から５
までのいずれかに記載の圧電セラミックス素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17289997A JP3470994B2 (ja) | 1997-06-12 | 1997-06-12 | 圧電セラミックス素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17289997A JP3470994B2 (ja) | 1997-06-12 | 1997-06-12 | 圧電セラミックス素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH114025A JPH114025A (ja) | 1999-01-06 |
| JP3470994B2 true JP3470994B2 (ja) | 2003-11-25 |
Family
ID=15950409
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17289997A Expired - Fee Related JP3470994B2 (ja) | 1997-06-12 | 1997-06-12 | 圧電セラミックス素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3470994B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5500872B2 (ja) * | 2009-05-29 | 2014-05-21 | 日本発條株式会社 | 電極付き圧電素子及びヘッドサスペンション |
| JP6003529B2 (ja) * | 2012-10-24 | 2016-10-05 | 株式会社リコー | 圧電光偏向器、光走査装置、画像形成装置及び画像投影装置 |
| JP2015057625A (ja) * | 2013-08-12 | 2015-03-26 | 株式会社リコー | 圧電光偏向器、光走査装置、画像形成装置及び画像投影装置 |
| JP6647738B2 (ja) | 2017-06-12 | 2020-02-14 | 矢崎総業株式会社 | 電池パック |
-
1997
- 1997-06-12 JP JP17289997A patent/JP3470994B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH114025A (ja) | 1999-01-06 |
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