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JP6540934B2 - Piezoelectric element and piezoelectric actuator - Google Patents
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Description

本発明は、圧電アクチュエータ用または圧電トランス用の圧電素子および圧電アクチュエータに関する。   The present invention relates to a piezoelectric element and a piezoelectric actuator for a piezoelectric actuator or a piezoelectric transformer.

従来、直方体の圧電素子を積み重ねて本体を形成した圧電アクチュエータが知られている。図8(a)〜(c)は、それぞれ従来の圧電アクチュエータ本体700の斜視図、圧電素子710の斜視図および圧電素子710の断面図である。圧電アクチュエータ本体700は、一体焼成された積層型の圧電素子710を積み重ねて形成されており、リード線720により各外部電極715の接続がとられている。圧電素子710は、圧電体層と内部電極とを積層して形成されており、電圧を印加したときには、電極間の圧電体層は活性領域として変形するが、その他の不活性領域は変形しない。そのため、これらの領域の境界付近で応力が発生しやすくなり、特に内部電極712の角部Cにおいては応力が集中し、破壊が生じやすくなる。   2. Description of the Related Art Conventionally, a piezoelectric actuator in which rectangular piezoelectric elements are stacked to form a main body is known. FIGS. 8A to 8C are a perspective view of the conventional piezoelectric actuator main body 700, a perspective view of the piezoelectric element 710, and a cross-sectional view of the piezoelectric element 710, respectively. The piezoelectric actuator body 700 is formed by stacking integrally sintered laminated piezoelectric elements 710, and the lead electrodes 720 connect the respective external electrodes 715. The piezoelectric element 710 is formed by laminating a piezoelectric layer and an internal electrode. When a voltage is applied, the piezoelectric layer between the electrodes deforms as an active region, but the other inactive regions do not. Therefore, stress is likely to be generated in the vicinity of the boundary of these regions, and in particular, stress is concentrated at the corner C of the internal electrode 712, and breakage is likely to occur.

これに対して、圧電素子に圧電体層が不連続となるようにチタン酸鉛を主成分とする粉末からなる応力吸収層を設けて応力を緩和させた圧電アクチュエータが開発されている(例えば特許文献1参照)が、内部電極の角部に応力が発生しやすい形状であることには変わりない。一方、内部電極を積層面の全面に設け、側面の不活性領域を無くすことで応力の集中を防止した圧電素子も開発されている(例えば、特許文献2)。   On the other hand, a piezoelectric actuator has been developed in which a stress absorbing layer made of lead titanate-based powder is provided to the piezoelectric element so that the piezoelectric layer becomes discontinuous (for example, a patent). It does not change that it is the shape which stress tends to generate in the corner of an internal electrode. On the other hand, a piezoelectric element has been developed in which internal electrodes are provided on the entire surface of the laminated surface and stress concentration is prevented by eliminating the inactive region on the side surface (for example, Patent Document 2).

特開2006−286774号公報JP, 2006-286774, A 特開平05−003351号公報JP 05-003351 A 特開2000−102272号公報JP, 2000-102272, A 特開2000−315828号公報Unexamined-Japanese-Patent No. 2000-315828

しかしながら、特許文献2記載の圧電素子では、内部電極が一律に側面に露出するため、外部電極と接続すべきでない内部電極の露出部分には絶縁物を形成する必要があり、複雑な製造工程を必要とする。   However, in the piezoelectric element described in Patent Document 2, since the internal electrode is uniformly exposed on the side surface, it is necessary to form an insulator on the exposed portion of the internal electrode which is not to be connected to the external electrode. I need.

これに対し、圧電素子を円板状にして活性領域と不活性領域との間に局所的な応力が集中するのを防止することも考えられる。例えば、圧電トランスであれば、圧電共振子の形状を、穴開き円板、円環、円筒など、円形状としたものが知られている(特許文献3、4参照)。この場合には内部電極に角部が存在しないことから応力の集中を防止できる。しかしながら、積層素子には、内部電極を1層おきに接続する外部電極が必要であり、外部電極を形成するためにはそのための位置をそろえて圧電素子を固定しなければならない。例えばスクリーン印刷により外部電極を印刷する場合、圧電素子のθ方向(中心軸回りの回転位置)をそろえ、印刷箇所がスクリーンマスクに当たるように圧電素子を固定する。   On the other hand, it is also conceivable to make the piezoelectric element into a disk shape to prevent local stress concentration between the active region and the inactive region. For example, in the case of a piezoelectric transformer, it is known that the shape of the piezoelectric resonator is circular such as a perforated disc, an annular ring, or a cylinder (see Patent Documents 3 and 4). In this case, since there is no corner in the internal electrode, concentration of stress can be prevented. However, the laminated element requires an external electrode which connects the internal electrodes every other layer, and in order to form the external electrode, it is necessary to align the position for fixing the piezoelectric element. For example, when printing an external electrode by screen printing, the θ direction (rotational position around the central axis) of the piezoelectric element is aligned, and the piezoelectric element is fixed so that the printing portion hits the screen mask.

また、圧電アクチュエータ用に、リード線で複数の圧電素子間の外部電極を接続できるように各圧電素子を配置し、多段に積むのは困難である。これを避けるために、圧電素子を円環状に形成し、貫通孔にシャフトを通して位置合わせをし易くする方法も考えられるが、各圧電素子に外部電極を設けてこれらを接続するのは手間がかかる。   Moreover, it is difficult to arrange | position each piezoelectric element so that the external electrode between several piezoelectric elements can be connected with a lead wire for piezoelectric actuators, and to stack in multiple stages. In order to avoid this, it is conceivable to form the piezoelectric element in an annular shape and facilitate positioning through the shaft in the through hole, but it takes time and effort to provide external electrodes on each piezoelectric element and connect them .

また、圧電素子を積み重ね複数の圧電素子の外部電極同士を接続するときも外部電極の位置をそろえる必要がある。従来のサイコロ状の圧電素子の外部電極位置をそろえることは容易であったが、円環型の場合、そろえるのに手間がかかる。   In addition, even when the piezoelectric elements are stacked and the external electrodes of the plurality of piezoelectric elements are connected, the positions of the external electrodes need to be aligned. It has been easy to align the positions of the external electrodes of the conventional dice-shaped piezoelectric element, but in the case of the annular shape, it takes time to align.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、局所的に応力が集中しにくく、作製するための作業を容易化できる圧電素子および圧電アクチュエータを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and it is an object of the present invention to provide a piezoelectric element and a piezoelectric actuator which are less likely to concentrate stress locally and which can facilitate work for manufacturing.

(1)上記の目的を達成するため、本発明の圧電素子は、圧電アクチュエータ用または圧電トランス用の圧電素子であって、圧電体層および前記圧電体層を介して交互に積層された内部電極を有し、環状に形成された素子本体と、前記素子本体の側面に設けられ、前記内部電極と接続された外部電極と、を備え、前記素子本体の中央に設けられた貫通孔は、断面が正円を除く形状に形成されていることを特徴としている。   (1) In order to achieve the above object, the piezoelectric element of the present invention is a piezoelectric element for a piezoelectric actuator or a piezoelectric transformer, and is an internal electrode alternately laminated via a piezoelectric layer and the piezoelectric layer. A through-hole formed in the center of the element body, the element body formed in an annular shape, and the external electrode provided on the side surface of the element body and connected to the internal electrode; Is characterized in that it is formed in a shape excluding a perfect circle.

このように、本発明の圧電素子は、環状に形成されているため局所的に応力が集中せず、破壊が生じ難くなる。そして、貫通孔の断面が正円を除く形状に形成されているため、貫通孔を用いて回転位置を合わせることができ、外部電極を形成するために圧電素子の位置を正確かつ容易に合わせることができる。   As described above, since the piezoelectric element of the present invention is formed in an annular shape, the stress is not locally concentrated and the breakage hardly occurs. Then, since the cross section of the through hole is formed in a shape excluding a true circle, the rotational position can be matched using the through hole, and the position of the piezoelectric element can be accurately and easily matched to form the external electrode. Can.

(2)また、本発明の圧電素子は、前記内部電極として、交互に積層された第1および第2の内部電極を備え、前記外部電極として、前記第1の内部電極と接続された第1の外部電極と、前記第2の内部電極と接続された第2の外部電極とを備え、圧電アクチュエータ用に伸縮方向に積み重ねられて用いられることを特徴としている。これにより、複数の圧電素子をスタックするときに各外部電極の位置を正確かつ容易にそろえることができる。   (2) Further, the piezoelectric element of the present invention includes first and second inner electrodes alternately stacked as the inner electrode, and the first connected to the first inner electrode as the outer electrode. And a second external electrode connected to the second internal electrode, and is used by being stacked in the expansion and contraction direction for a piezoelectric actuator. Thereby, when stacking a plurality of piezoelectric elements, the positions of the respective external electrodes can be aligned accurately and easily.

(3)また、本発明の圧電素子は、前記内部電極として、少なくとも交互に積層された入力用の第1および第2の内部電極を備え、前記外部電極として、前記第1の内部電極と接続された第1の外部電極と、前記第2の内部電極と接続された第2の外部電極と、出力用の外部電極と、を備え、圧電トランス用として用いられることを特徴としている。これにより、環状に形成されているため局所的に応力が集中せず、破壊が生じ難くなる。また、各素子の外部電極の形成時の作業を容易化できる。   (3) Further, the piezoelectric element of the present invention includes at least alternately laminated first and second internal electrodes for input as the internal electrodes, and is connected to the first internal electrodes as the external electrodes. And a second external electrode connected to the second internal electrode, and an external electrode for output, and is used as a piezoelectric transformer. As a result, stress is not concentrated locally because it is formed in an annular shape, and breakage is less likely to occur. Moreover, the operation | work at the time of formation of the external electrode of each element can be simplified.

(4)また、本発明の圧電素子は、前記貫通孔が、2回対称以下の断面形状で形成されていることを特徴としている。これにより、目視等で外部電極の位置を合わせる必要が無くなり、特に貫通孔を用いて回転位置を合わせるのが容易になる。   (4) Further, the piezoelectric element of the present invention is characterized in that the through hole is formed to have a cross-sectional shape which is less than 2-fold symmetry. As a result, it is not necessary to adjust the positions of the external electrodes by visual observation or the like, and in particular, it becomes easy to adjust the rotational positions using the through holes.

(5)また、本発明の圧電素子は、前記第1の外部電極と前記第2の外部電極とが、前記素子本体の中心軸に対して軸対称の位置に設けられていることを特徴としている。これにより、圧電素子の主面の向きを裏返して用いても、外部電極位置が変わらないため、作業が容易になる。   (5) Further, in the piezoelectric element of the present invention, the first external electrode and the second external electrode are provided at axially symmetrical positions with respect to the central axis of the element body. There is. As a result, even if the direction of the main surface of the piezoelectric element is reversed and used, the position of the external electrode does not change, which facilitates the work.

(6)また、本発明の圧電素子は、前記貫通孔が、角のない断面形状で形成されていることを特徴としている。これにより、局所的に応力が集中せず、破壊が生じ難くなる。   (6) Further, the piezoelectric element of the present invention is characterized in that the through hole is formed in a cross-sectional shape without a corner. As a result, stress is not concentrated locally, and breakage is less likely to occur.

(7)また、本発明の圧電素子は、前記貫通孔が、長円の断面形状で形成されていることを特徴としている。これにより、各素子の外部電極の形成時や複数素子のスタック時に貫通孔で位置合わせできるため、作業が容易になる。また、製造が容易であるとともに貫通孔付近の局所的な応力を防止できる。   (7) Further, the piezoelectric element of the present invention is characterized in that the through hole is formed in a cross-sectional shape of an oval. As a result, since alignment can be performed with the through holes when forming the external electrodes of the respective elements or when stacking a plurality of elements, the work becomes easy. In addition, manufacturing is easy and local stress around the through hole can be prevented.

(8)また、本発明の圧電アクチュエータは、上記の圧電素子を略同一中心軸上に伸縮方向に複数個積み重ねて形成された圧電アクチュエータ本体を備えることを特徴としている。これにより、圧電アクチュエータは円筒状に形成されているため局所的に応力が集中せず、破壊が生じ難くなる。また、製造上の作業負担が軽減される。   (8) Further, the piezoelectric actuator of the present invention is characterized by including a piezoelectric actuator main body formed by stacking a plurality of the above-mentioned piezoelectric elements on a substantially same central axis in the expansion and contraction direction. As a result, since the piezoelectric actuator is formed in a cylindrical shape, stress is not concentrated locally, and breakage is less likely to occur. In addition, the work burden on manufacturing is reduced.

本発明によれば、環状に形成されているため局所的に応力が集中せず、破壊が生じ難くなる。また、圧電素子の外部電極の形成時の作業が容易になる。   According to the present invention, since it is formed in an annular shape, stress is not concentrated locally and breakage is less likely to occur. In addition, the operation at the time of forming the external electrode of the piezoelectric element is facilitated.

(a)、(b)第1の実施形態に係る圧電素子を示す平断面図および斜視断面図、(c)シャフトを示す平断面図である。(A), (b) is a plan sectional view and a perspective sectional view showing a piezoelectric element according to the first embodiment, and (c) is a plan sectional view showing a shaft. 第1の実施形態の圧電アクチュエータを示す側断面図である。It is a sectional side view which shows the piezoelectric actuator of 1st Embodiment. (a)、(b)第2の実施形態の圧電素子を示す平断面図、斜視断面図、(c)シャフトを示す平断面図である。(A), (b) flat cross section which shows the piezoelectric element of 2nd Embodiment, perspective cross section, (c) It is a plane cross section which shows a shaft. (a)、(b)第3の実施形態の圧電素子を示す平断面図、斜視断面図、(c)シャフトを示す平断面図である。(A), (b) flat cross section which shows the piezoelectric element of 3rd Embodiment, perspective cross section, (c) It is a plane cross section which shows a shaft. (a)、(b)第4の実施形態に係る圧電素子を示す平断面図および斜視断面図、(c)シャフトを示す平断面図である。(A), (b) is a plan sectional view and a perspective sectional view showing a piezoelectric element according to a fourth embodiment, and (c) is a plan sectional view showing a shaft. (a)、(b)比較例の圧電素子を示す平断面図、斜視断面図、(c)シャフトを示す平断面図である。(A), (b) flat cross section which shows the piezoelectric element of a comparative example, perspective cross section, (c) It is a plane cross section which shows a shaft. (a)、(b)比較例の圧電素子を示す平断面図、斜視断面図、(c)シャフトを示す平断面図である。(A), (b) flat cross section which shows the piezoelectric element of a comparative example, perspective cross section, (c) It is a plane cross section which shows a shaft. (a)〜(c)それぞれ従来の圧電アクチュエータ本体の斜視図、圧電素子の斜視図および圧電素子の断面図である。(A)-(c) It is a perspective view of the conventional piezoelectric actuator main body, the perspective view of a piezoelectric element, and sectional drawing of a piezoelectric element, respectively.

次に、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。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。   Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In order to facilitate understanding of the description, the same reference numerals are given to the same components in the respective drawings, and the overlapping description will be omitted.

[第1の実施形態]
(圧電素子の構成)
図1(a)、(b)は、圧電素子110を示す平断面図、斜視断面図、図1(c)は、シャフト120を示す平断面図である。図1(b)は、図1(a)に示す平面1bに沿った断面図であり、図1(a)は、図1(b)に示す平面1aに沿った断面図である(後述の図3〜7(a)、(b)についても同様)。
First Embodiment
(Configuration of piezoelectric element)
1 (a) and 1 (b) are a plan sectional view and a perspective sectional view showing the piezoelectric element 110, and FIG. 1 (c) is a plan sectional view showing the shaft 120. As shown in FIG. 1 (b) is a cross-sectional view taken along plane 1b shown in FIG. 1 (a), and FIG. 1 (a) is a cross-sectional view taken along plane 1a shown in FIG. 1 (b) (described later) The same applies to FIGS. 3 to 7 (a) and (b)).

圧電素子110は、素子本体111および外部電極115、116により構成されている。素子本体111は、圧電体層112とこれを介して交互に積層された第1および第2の内部電極層113、114とが積層されたものである。素子本体111は、積層方向に貫通した中心軸C1上の貫通孔119を有し、環状に形成されている。外周は円形であり、内部電極113、114の外周も概略円形に形成されているため、素子本体111は、局所的に応力が集中せず、破壊が生じ難い。   The piezoelectric element 110 is configured of an element body 111 and external electrodes 115 and 116. The element body 111 is formed by laminating the piezoelectric layer 112 and the first and second internal electrode layers 113 and 114 alternately stacked via the piezoelectric layer 112. The element body 111 has a through hole 119 on the central axis C1 penetrating in the stacking direction, and is formed in an annular shape. The outer periphery is circular, and the outer peripheries of the internal electrodes 113 and 114 are also formed in a substantially circular shape, so that the element body 111 does not locally concentrate stress, and breakage is unlikely to occur.

一方、貫通孔119は、長円の断面形状に形成されている。長円とは、正円を平行移動させた軌跡の形状をいう。このように断面が正円を除く形状に形成されていることで、貫通孔119で圧電素子110の移動を拘束し、中心軸C1に垂直な方向について圧電素子110を固定できる。また、中心軸C1回りの移動を固定できる。その結果、貫通孔119を用いて回転位置を合わせることができ、外部電極115、116を形成するために正確かつ容易に圧電素子110の位置を合わせることができる。また、複数の圧電素子110をスタックするときに各外部電極115、116の位置を正確かつ容易にそろえることができる。   On the other hand, the through hole 119 is formed in a cross-sectional shape of an oval. An oval means the shape of the locus | trajectory which moved the perfect circle in parallel. By forming the cross section in a shape other than a perfect circle in this manner, the movement of the piezoelectric element 110 can be restrained by the through hole 119, and the piezoelectric element 110 can be fixed in the direction perpendicular to the central axis C1. In addition, movement around the central axis C1 can be fixed. As a result, the rotational position can be aligned using the through holes 119, and the position of the piezoelectric element 110 can be aligned accurately and easily to form the external electrodes 115 and 116. Further, when stacking the plurality of piezoelectric elements 110, the positions of the respective external electrodes 115 and 116 can be aligned accurately and easily.

圧電素子110は、圧電アクチュエータ用に伸縮方向(積層方向)に積み重ねられて用いられる。貫通孔119の形状は、これを通すシャフト120によって素子の外部電極の位置が決められるものであれば効果が得られる。したがって、例えば、長円以外に円に周り止めの凹形状や正方形の断面形状を有するものでもよい。ただし、孔断面が正方形など3回対称以上の場合、目視等によって、外部電極の位置を合わせる必要が生じるため、孔断面は2回対称以下の形状に形成されていることが好ましい。また、貫通孔119の断面は、角のない形状に形成されていることが好ましい。孔断面を角のない形状にすることで角の部分に局所的な応力が集中するのを防止できる。   The piezoelectric element 110 is used by being stacked in the expansion and contraction direction (stacking direction) for a piezoelectric actuator. The shape of the through hole 119 is effective as long as the position of the external electrode of the element can be determined by the shaft 120 through which the through hole 119 passes. Therefore, for example, in addition to the oval shape, it may have a circular concave shape or a square cross-sectional shape. However, in the case where the cross section of the hole is three or more symmetrical such as a square, the position of the external electrode needs to be aligned by visual observation or the like, so that the cross section of the hole is preferably formed in a shape of two or less symmetry. Moreover, it is preferable that the cross section of the through-hole 119 is formed in the shape without a corner. By making the hole cross section into a cornerless shape, it is possible to prevent local stress concentration on the corner portion.

特に、貫通孔119は、図1に示すように長円の断面形状で形成されていることが好ましい。これにより、各素子の外部電極の形成時や複数素子のスタック時に貫通孔で位置合わせできるため、作業が容易になる。また、製造が容易であるとともに貫通孔119付近の局所的な応力を防止できる。   In particular, it is preferable that the through holes 119 be formed in an oval cross-sectional shape as shown in FIG. As a result, since alignment can be performed with the through holes when forming the external electrodes of the respective elements or when stacking a plurality of elements, the work becomes easy. In addition, manufacturing is easy and local stress around the through hole 119 can be prevented.

第1および第2の外部電極115、116は、素子本体111の側面の所定位置に設けられている。第1の外部電極115は、第1の内部電極113とその電極取り出し部の位置で接続されている。また、第2の外部電極116は、第2の内部電極114とその電極取り出し部の位置で接続されている。図1に示す例では、中心軸C1を通る平面1bに対して交わる位置に、第1および第2の外部電極115、116が設けられている。   The first and second outer electrodes 115 and 116 are provided at predetermined positions on the side surface of the element body 111. The first outer electrode 115 is connected to the first inner electrode 113 at the position of the electrode lead-out portion. The second external electrode 116 is connected to the second internal electrode 114 at the position of the electrode lead-out portion. In the example shown in FIG. 1, the first and second outer electrodes 115, 116 are provided at positions intersecting with a plane 1b passing through the central axis C1.

このように、第1の外部電極115と第2の外部電極116とは、素子本体111の中心軸C1に対して軸対称の位置に設けられていることが好ましい。これにより、圧電素子110の主面の向きを裏返して用いても、外部電極位置が変わらず、作業が容易になる。   As described above, it is preferable that the first external electrode 115 and the second external electrode 116 be provided at axially symmetrical positions with respect to the central axis C1 of the element body 111. Thereby, even if the direction of the main surface of the piezoelectric element 110 is reversed and used, the position of the external electrode does not change, and the work becomes easy.

シャフト120は、貫通孔119に通して外部電極の位置合わせに用いられる。シャフト120は、貫通孔119の内側面に沿った形状で形成されており、図1(c)に示すように長円の断面形状を有している。   The shaft 120 is used for alignment of the external electrode through the through hole 119. The shaft 120 is formed in a shape along the inner side surface of the through hole 119, and has an oval cross-sectional shape as shown in FIG. 1 (c).

(圧電素子の製造方法)
上記のように構成された圧電素子110の製造方法を説明する。まず、グリーンシートに所定の内部電極を印刷して所定枚数積層後、断面四角形状の矩形筒形状の積層体に加工する。外形は切断で加工でき、貫通孔はエンドミルを使用して加工できる。これを焼成し、矩形筒形状の一体焼成型の圧電素子を生成できる。内部電極113の形状は、素子断面の環形状に沿った環形状に、外部電極に接続するための電極取り出し部を設けた形状である。圧電体層112と内部電極113とを積層し、両主面側の端部に内部電極113の無い層を設ける。
(Method of manufacturing piezoelectric element)
A method of manufacturing the piezoelectric element 110 configured as described above will be described. First, a predetermined number of internal electrodes are printed on a green sheet, and after laminating a predetermined number of sheets, the green sheet is processed into a laminated body having a rectangular cylinder shape with a rectangular cross section. The profile can be machined by cutting and the through holes can be machined using an end mill. By firing this, it is possible to produce a rectangular cylindrical integral firing type piezoelectric element. The shape of the internal electrode 113 is a shape in which an electrode lead-out portion for connecting to the external electrode is provided in an annular shape along the annular shape of the element cross section. The piezoelectric layer 112 and the internal electrode 113 are stacked, and a layer without the internal electrode 113 is provided at the end on both main surface sides.

そして、素子本体111の外側面の所定箇所に外部電極115、116を形成する。貫通孔119の内形に合う外形を有する棒を通して素子本体111を固定することで外部電極115、116の印刷箇所を位置合わせし、スクリーン印刷で電極ペーストを塗布し、焼き付けて外部電極115、116を形成する。このようにして、外部電極の形成工程が容易で、かつ、スタックが容易な圧電アクチュエータを作製できる。   Then, the external electrodes 115 and 116 are formed at predetermined positions on the outer surface of the element main body 111. The printing position of the external electrodes 115 and 116 is aligned by fixing the element main body 111 through a rod having an outer shape that conforms to the inner shape of the through hole 119, the electrode paste is applied by screen printing, and the external electrodes 115 and 116 are printed. Form In this way, it is possible to fabricate a piezoelectric actuator in which the process of forming the external electrode is easy and the stack is easy.

(圧電アクチュエータの構成)
図2は、圧電アクチュエータ100の一形態を示す断面図である。図2に示すように、圧電アクチュエータ100は、圧電アクチュエータ本体105、シャフト121、スペーサ122、123、突起124、リード線131、132、ハンダ135、136、固定部150および筺体180を備えている。
(Configuration of piezoelectric actuator)
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an embodiment of the piezoelectric actuator 100. As shown in FIG. As shown in FIG. 2, the piezoelectric actuator 100 includes a piezoelectric actuator main body 105, a shaft 121, spacers 122 and 123, a protrusion 124, lead wires 131 and 132, solders 135 and 136, a fixing portion 150 and a housing 180.

圧電アクチュエータ本体105は、複数の同一環形状に形成された圧電素子110を略同一中心軸C1上に伸縮方向に積み重ねることで、円筒状に形成されている。複数の圧電素子110を積み重ねることにより、圧電アクチュエータ100を構成して大きな変位を得ることができる。これにより、圧電アクチュエータ100は円筒状に形成されているため局所的に応力が集中せず、破壊が生じ難い。   The piezoelectric actuator main body 105 is formed in a cylindrical shape by stacking a plurality of piezoelectric elements 110 formed in the same annular shape in the expansion and contraction direction on substantially the same central axis C1. By stacking the plurality of piezoelectric elements 110, the piezoelectric actuator 100 can be configured to obtain a large displacement. As a result, since the piezoelectric actuator 100 is formed in a cylindrical shape, stress does not concentrate locally, and breakage is unlikely to occur.

貫通孔119の内側面が共通の面上に位置合わせされており、各外部電極115、116は、位置合わせされ、リード線131、132とハンダ135、136により接続されている。シャフト121は、貫通孔119の内側面に沿った形状(長円の断面形状)で形成されており、貫通孔119に挿入することで外部電極115、116の位置合わせが容易になる。シャフト121は、積み重ねられた複数の圧電素子110の中央の貫通孔119に挿入されており、圧電アクチュエータ本体105の軸を固定している。貫通孔119にシャフト121が挿入されることで、圧電素子110のスタック(積み重ね)の際にその回転位置を容易に合わせられ、圧電アクチュエータ100の製造が容易になる。   The inner side surfaces of the through holes 119 are aligned on a common surface, and the outer electrodes 115 and 116 are aligned and connected to the lead wires 131 and 132 by solders 135 and 136. The shaft 121 is formed in a shape (cross-sectional shape of an oval) along the inner side surface of the through hole 119, and inserting the through hole 119 facilitates alignment of the external electrodes 115 and 116. The shaft 121 is inserted into the central through hole 119 of the plurality of stacked piezoelectric elements 110, and fixes the axis of the piezoelectric actuator body 105. By inserting the shaft 121 into the through hole 119, the rotational position of the piezoelectric element 110 can be easily aligned when the piezoelectric element 110 is stacked, and the manufacturing of the piezoelectric actuator 100 can be facilitated.

固定部150は、圧電アクチュエータ本体105の一端を固定している。また、固定部150は、シャフト121と結合し、シャフト121の位置を固定している。スペーサ122、123は、圧電アクチュエータ本体105の両端のそれぞれに設けられている。シャフト121は、わずかに圧電アクチュエータ本体105より短く、圧電アクチュエータ本体105の伸縮を阻害しないように設計されている。   The fixing portion 150 fixes one end of the piezoelectric actuator body 105. The fixing portion 150 is coupled to the shaft 121 to fix the position of the shaft 121. The spacers 122 and 123 are provided on both ends of the piezoelectric actuator body 105, respectively. The shaft 121 is slightly shorter than the piezoelectric actuator body 105, and is designed so as not to inhibit the expansion and contraction of the piezoelectric actuator body 105.

突起124は、変位を外部に伝える半球状の部材である。筺体180は、例えば金属製であり、圧電アクチュエータ本体105等を覆っている。リード線131、132は、それぞれハンダ135、136により各圧電素子110の外部電極115、116を接続し、外部との接続が取られている。   The protrusion 124 is a hemispherical member that transmits the displacement to the outside. The housing 180 is made of metal, for example, and covers the piezoelectric actuator main body 105 and the like. The lead wires 131 and 132 connect the external electrodes 115 and 116 of the respective piezoelectric elements 110 by solders 135 and 136, respectively, and are connected to the outside.

(圧電アクチュエータの製造方法)
このように構成された圧電アクチュエータ100の製造方法を説明する。上記のように製造された複数個の圧電素子110を用いる。
(Method of manufacturing piezoelectric actuator)
A method of manufacturing the piezoelectric actuator 100 configured as described above will be described. A plurality of piezoelectric elements 110 manufactured as described above are used.

環形状の圧電素子110の貫通孔119にシャフト121を挿入して、積み重ねられた圧電素子110の外部電極115、116の位置合わせをする。このようにして、圧電素子110をスタックするときの外部電極位置をそろえる。これにより、外部電極115、116の接続が容易になり、作業効率を向上できる。   The shaft 121 is inserted into the through hole 119 of the ring-shaped piezoelectric element 110 to align the outer electrodes 115 and 116 of the stacked piezoelectric element 110. In this manner, the positions of the external electrodes when stacking the piezoelectric elements 110 are aligned. Thereby, connection of the external electrodes 115 and 116 becomes easy, and the working efficiency can be improved.

シャフト121を貫通孔に通すときには圧電素子110の中心軸C1に垂直な面上の位置や中心軸C1回りの回転位置がずれないようにし、圧電アクチュエータ本体105の両端には、スペーサ122、123を配置する。さらに、固定部で一方を固定して、他方には突起124を接着し、筺体180を被せて圧電アクチュエータ100を作製できる。   When the shaft 121 is passed through the through hole, the position on the plane perpendicular to the central axis C1 of the piezoelectric element 110 and the rotational position around the central axis C1 are prevented from shifting, and the spacers 122 and 123 are provided at both ends of the piezoelectric actuator body 105. Deploy. Furthermore, one can be fixed by the fixing portion, the protrusion 124 can be adhered to the other, and the housing 180 can be covered to manufacture the piezoelectric actuator 100.

[第2の実施形態]
上記の実施形態では、貫通孔119は長円の断面形状を有しているが、長方形の断面形状を有していてもよい。貫通孔を長方形の断面形状にすれば、角のみを用いて容易に孔を形成できる。図3(a)、(b)は、圧電素子210を示す平断面図、斜視断面図、図3(c)は、シャフト220を示す平断面図である。
Second Embodiment
In the above embodiment, the through hole 119 has an oval cross-sectional shape, but may have a rectangular cross-sectional shape. If the through holes have a rectangular cross-sectional shape, the holes can be easily formed using only the corners. 3 (a) and 3 (b) are a plan sectional view and a perspective sectional view showing the piezoelectric element 210, and FIG. 3 (c) is a plan sectional view showing the shaft 220.

圧電素子210は、素子本体211および外部電極215、216により構成されている。素子本体211においては、圧電体層212とこれを介して交互に積層された第1および第2の内部電極層213、214とが積層されている。素子本体211は、積層方向に貫通した中心軸C2上の貫通孔219を有し、環状に形成されている。外周は円形であり、内部電極213、214の外周も概略円形に形成されている。   The piezoelectric element 210 is composed of an element body 211 and external electrodes 215 and 216. In the element body 211, a piezoelectric layer 212 and first and second internal electrode layers 213 and 214 alternately stacked via the piezoelectric layer 212 are stacked. The element main body 211 has a through hole 219 on the central axis C2 penetrating in the stacking direction, and is formed in an annular shape. The outer periphery is circular, and the outer peripheries of the internal electrodes 213 and 214 are also formed substantially circular.

第1および第2の外部電極215、216は、素子本体211の側面の所定位置に設けられている。第1の外部電極215は、第1の内部電極213とその電極取り出し部の位置で接続されている。また、第2の外部電極216は、第2の内部電極214とその電極取り出し部の位置で接続されている。   The first and second external electrodes 215 and 216 are provided at predetermined positions on the side surface of the element main body 211. The first outer electrode 215 is connected to the first inner electrode 213 at the position of the electrode lead-out portion. The second external electrode 216 is connected to the second internal electrode 214 at the position of the electrode lead-out portion.

シャフト220は、貫通孔219に通して外部電極の位置合わせに用いられる。シャフト220は、貫通孔219の内側面に沿った形状で形成されており、図3(c)に示すように角が曲線の長方形の断面形状を有している。   The shaft 220 is used to align the external electrode through the through hole 219. The shaft 220 is formed in a shape along the inner side surface of the through hole 219, and has a rectangular cross-sectional shape with curved corners as shown in FIG. 3 (c).

[第3の実施形態]
第1の実施形態では、貫通孔119は長円の断面形状を有しているが、正円に回り止めの凹形状を設けた断面形状で形成されていてもよい。貫通孔をこのような形状にすることで圧電素子の回転位置が唯一つに決まる。図4(a)、(b)は、圧電素子310を示す平断面図、斜視断面図、図4(c)は、シャフト320を示す平断面図である。
Third Embodiment
In the first embodiment, the through hole 119 has a cross-sectional shape of an oval, but may have a cross-sectional shape in which a circular shape is provided with a concave shape of a detent. By forming the through holes in such a shape, the rotational position of the piezoelectric element is uniquely determined. 4A and 4B are a cross-sectional view and a perspective cross-sectional view showing the piezoelectric element 310, and FIG. 4C is a cross-sectional view showing the shaft 320.

圧電素子310は、素子本体311および外部電極315、316により構成されている。素子本体311においては、圧電体層312とこれを介して交互に積層された第1および第2の内部電極層313、314とが積層されている。素子本体311は、積層方向に貫通した中心軸C3上の貫通孔319を有し、環状に形成されている。外周は円形であり、内部電極313、314の外周も概略円形に形成されている。   The piezoelectric element 310 is configured of an element main body 311 and external electrodes 315 and 316. In the element body 311, the piezoelectric layer 312 and the first and second internal electrode layers 313 and 314 alternately stacked via the piezoelectric layer 312 are stacked. The element body 311 has a through hole 319 on the central axis C3 penetrating in the stacking direction, and is formed in an annular shape. The outer periphery is circular, and the outer peripheries of the internal electrodes 313 and 314 are also formed substantially circular.

第1および第2の外部電極315、316は、素子本体311の側面の所定位置に設けられている。第1の外部電極315は、第1の内部電極313とその電極取り出し部の位置で接続されている。また、第2の外部電極316は、第2の内部電極314とその電極取り出し部の位置で接続されている。   The first and second external electrodes 315 and 316 are provided at predetermined positions on the side surface of the element body 311. The first outer electrode 315 is connected to the first inner electrode 313 at the position of the electrode lead-out portion. The second external electrode 316 is connected to the second internal electrode 314 at the position of the electrode lead-out portion.

シャフト320は、貫通孔319に通して外部電極の位置合わせに用いられる。シャフト320は、貫通孔319の内側面に沿った形状で形成されており、図4(c)に示すように正円に回り止めの凸形状を設けた断面形状を有している。   The shaft 320 is used for alignment of the external electrode through the through hole 319. The shaft 320 is formed in a shape along the inner side surface of the through hole 319, and has a cross-sectional shape in which a convex shape of a rotation stopper is provided in a perfect circle as shown in FIG. 4 (c).

[第4の実施形態]
上記の実施形態では、圧電アクチュエータ用に圧電素子が円環型に形成されているが、圧電トランス用に圧電素子が円環型に形成されていてもよい。図5(a)、(b)は、圧電素子410を示す平断面図、斜視断面図、図5(c)は、シャフト420を示す平断面図である。
Fourth Embodiment
In the above embodiment, the piezoelectric element is formed in an annular shape for the piezoelectric actuator, but the piezoelectric element may be formed in an annular shape for the piezoelectric transformer. 5 (a) and 5 (b) are a plan sectional view and a perspective sectional view showing the piezoelectric element 410, and FIG. 5 (c) is a plan sectional view showing the shaft 420.

圧電素子410は、素子本体411および外部電極415a、415b、416により構成され、厚さ方向の区間ごとに入力部417aおよび出力部417bに区分できる。外部電極415a、415bは、入力用の電極であり、外部電極415aには入力端子が接続されて入力電圧が印加され、外部電極415bはグランド接続とすることができる。また、外部電極416は、出力用の外部電極であり、外部電極416から出力電圧を取り出すことができる。   The piezoelectric element 410 includes an element body 411 and external electrodes 415a, 415b, and 416, and can be divided into an input unit 417a and an output unit 417b in sections in the thickness direction. The external electrodes 415a and 415b are input electrodes, and an input terminal is connected to the external electrode 415a to apply an input voltage, and the external electrode 415b can be grounded. The external electrode 416 is an external electrode for output, and an output voltage can be extracted from the external electrode 416.

素子本体411においては、圧電体層412とこれを介して交互に積層された第1〜第3の内部電極層413a、413b、414とが積層されている。入力部417aでは、圧電体層412と内部電極層413a、413bとが密に積層されており、出力部417bでは、圧電体層412が厚く形成され、端部に内部電極414が設けられている。   In the element body 411, piezoelectric layers 412 and first to third internal electrode layers 413a, 413b, and 414 alternately stacked via the piezoelectric layers 412 are stacked. In the input portion 417a, the piezoelectric layer 412 and the internal electrode layers 413a and 413b are densely stacked, and in the output portion 417b, the piezoelectric layer 412 is thickly formed, and the internal electrode 414 is provided at an end portion. .

素子本体411は、積層方向に貫通した中心軸C4上の貫通孔419を有し、環状に形成されている。外周は円形であり、内部電極413a、413b、414の外周も概略円形に形成されている。   The element body 411 has a through hole 419 on the central axis C4 penetrating in the stacking direction, and is formed in an annular shape. The outer periphery is circular, and the outer peripheries of the internal electrodes 413a, 413b, and 414 are also formed substantially circular.

第1〜第3の外部電極415a、415b、416は、素子本体411の側面の所定位置に設けられている。第1の外部電極415aは、第1の内部電極413aとその電極取り出し部の位置で接続されている。また、第2の外部電極415bは、第2の内部電極413bとその電極取り出し部の位置で接続されている。また、第3の外部電極416は、第1の内部電極414とその電極取り出し部の位置で接続されている。   The first to third outer electrodes 415 a, 415 b, and 416 are provided at predetermined positions on the side surface of the element body 411. The first outer electrode 415a is connected to the first inner electrode 413a at the position of the electrode lead-out portion. The second external electrode 415 b is connected to the second internal electrode 413 b at the position of the electrode lead-out portion. The third outer electrode 416 is connected to the first inner electrode 414 at the position of the electrode lead-out portion.

シャフト420は、貫通孔419に通して外部電極の位置合わせに用いられる。シャフト420は、貫通孔419の内側面に沿った形状で形成されており、図5(c)に示すように長円の断面形状を有している。入力部417aと出力部417bを一体焼成した円筒形の圧電トランス用の圧電素子410において、中心に円形でない貫通孔419が開いていることにより、シャフトを420通すことによって、回転方向の位置を固定できる。断面形状は長円が好ましいが、長方形や正円に回り止めの凹形状を設けた形状であってもよい。   The shaft 420 is used to align the external electrode through the through hole 419. The shaft 420 is formed in a shape along the inner side surface of the through hole 419, and has an oval cross-sectional shape as shown in FIG. 5 (c). In the piezoelectric element 410 for a cylindrical piezoelectric transformer formed by integrally firing the input part 417a and the output part 417b, the through hole 419 which is not circular is opened at the center, thereby fixing the position in the rotational direction by passing the shaft 420 it can. The cross-sectional shape is preferably an oval, but it may be a rectangular shape or a shape provided with a detent shape of a detent in a round shape.

上記のように圧電素子410が積層素子である場合、内部電極層413a、413b、414を1層おきに接続して外部とつなぐ外部電極415a、415b、416が必要となる。外部電極を形成する際には外部電極の形成位置をそろえなければならない。例えばスクリーン印刷の場合、印刷箇所をスクリーンマスクに当たるように中心軸周りの回転角θ方向をそろえる必要がある。   As described above, when the piezoelectric element 410 is a laminated element, external electrodes 415a, 415b, 416 connecting the internal electrode layers 413a, 413b, 414 every other layer and connecting to the outside are required. When forming the external electrodes, the positions of the external electrodes must be aligned. For example, in the case of screen printing, it is necessary to align the rotation angle θ direction around the central axis so that the printing portion hits the screen mask.

円筒型の圧電トランス用の圧電素子は通常は1つの素子の中に入力部と出力部を持つ一体焼成した素子が用いられる。しかし、入力部と出力部とで材料特性を変えるときには、2つ以上の圧電素子を接着して用いる場合がある。このときには、複数素子の外部電極位置を調整する必要があり、中心の円形でない孔を用いることで、従来の円筒形に比べて外部電極の位置をそろえるのに手間がからない。   As a piezoelectric element for a cylindrical piezoelectric transformer, an integrally fired element having an input part and an output part in one element is usually used. However, when changing the material properties between the input part and the output part, two or more piezoelectric elements may be used by bonding. At this time, it is necessary to adjust the positions of the external electrodes of a plurality of elements, and by using the non-circular hole at the center, it takes less time to align the positions of the external electrodes as compared with the conventional cylindrical shape.

なお、上記の圧電トランス用の圧電素子410では、円環厚み方向に区分されたそれぞれ単一の入力部と出力部とが接しており、出力部側の端面付近に出力用の内部電極が設けられている。その結果、両端面側に不活性層が設けられ、入力用の2つの外部電極の他に出力用の外部電極が側面上に設けられている。しかし、圧電トランスには、このような形態以外にも様々なものが考えられる。   In the piezoelectric element 410 for the piezoelectric transformer described above, each single input and output section divided in the annular thickness direction is in contact, and an internal electrode for output is provided near the end face on the output section side. It is done. As a result, an inactive layer is provided on both end surfaces, and an external electrode for output is provided on the side surface in addition to the two external electrodes for input. However, various piezoelectric transformers may be considered other than such a form.

例えば、上記の形態において、さらに出力部において入力部に隣接する位置にもう一方の出力側の内部電極を設け、入力部の内部電極との間に不活性層を設けることもできる。これにより、入力部と出力部との間に不活性層が設けられ、入力回路と出力回路とを分離できる。この場合、入力用と出力用のそれぞれに2つずつ外部電極が素子本体の側面に設けられ、作製時に位置合わせが必要となる。入力用と出力用のそれぞれの外部電極を素子本体の側面に設けるため、特に貫通孔による位置合わせが有効である。   For example, in the above embodiment, another output-side internal electrode may be provided at a position adjacent to the input unit in the output unit, and an inactive layer may be provided between the output unit and the internal electrode of the input unit. Thus, an inactive layer is provided between the input portion and the output portion, and the input circuit and the output circuit can be separated. In this case, two external electrodes are provided on the side of the element body for each of the input and output, and alignment is required at the time of fabrication. In order to provide the external electrodes for input and output on the side surfaces of the element body, alignment by through holes is particularly effective.

また、上記の入力回路と出力回路とを不活性層で分離した形態を厚み方向に対称になるように設計し、出力部を入力部の両端面側に設けることも可能である。この形態では、入力部が2つの出力部に挟まれた配置となり、入力部と各出力部との間および出力部の各端面側には不活性層が設けられ、不活性層は合計で4層設けられる。この場合にも入力用と出力用のそれぞれに2つずつ外部電極が素子本体の側面に設けられ、作製時に位置合わせが必要となる。   It is also possible to design the form in which the above input circuit and output circuit are separated by the inactive layer to be symmetrical in the thickness direction, and to provide the output parts on both end faces of the input part. In this embodiment, the input part is disposed between two output parts, and an inactive layer is provided between the input part and each output part and on each end face side of the output part, and the total number of inactive layers is four. Layered. Also in this case, two external electrodes are provided on the side of the element body for each of the input and output, and alignment is required at the time of fabrication.

また、圧電トランス用の圧電素子410では、出力用の電極として内部電極414が設けられているが、これに代えて端面電極を設け、その端面電極上に出力用の外部電極を設けてもよい。この場合には、出力部の端面側には、不活性層がなくなる。また、入力用に2つの外部電極が素子本体の側面に設けられ、作製時に位置合わせが必要となる。   In the piezoelectric element 410 for a piezoelectric transformer, the internal electrode 414 is provided as an output electrode, but instead of this, an end surface electrode may be provided, and an output external electrode may be provided on the end surface electrode. . In this case, the inactive layer disappears on the end face side of the output part. Also, two external electrodes are provided on the side of the element body for input, and alignment is required at the time of fabrication.

[実施例、比較例(圧電アクチュエータ)]
上記の第1の実施形態にかかる圧電素子110として、実施例1の圧電素子を作製した。一方、比較例1として、図6に記載の圧電素子510を作製した。そして、各圧電素子を複数積み重ねて、圧電アクチュエータを作製した。
Example, Comparative Example (Piezoelectric Actuator)
The piezoelectric element of Example 1 was manufactured as the piezoelectric element 110 according to the first embodiment described above. On the other hand, as Comparative Example 1, the piezoelectric element 510 shown in FIG. 6 was produced. Then, a plurality of piezoelectric elements were stacked to produce a piezoelectric actuator.

図6(a)、(b)は、比較例の圧電素子510を示す平断面図および斜視断面図である。また、図6(c)は、シャフト520を示す平断面図である。圧電素子510は、中心軸上に断面形状が正円の貫通孔519を有し、環状に形成されている。素子本体511は、圧電体層512と内部電極513、514とが交互に積層されて形成されている。内部電極513、514は、それぞれ外部電極515、516に接続されている。圧電素子510については、貫通孔519にシャフト520を挿通して圧電素子510の位置合わせをする場面で、中心軸C5回りの移動は拘束できない。   FIGS. 6A and 6B are a plan sectional view and a perspective sectional view showing the piezoelectric element 510 of the comparative example. FIG. 6C is a plan sectional view showing the shaft 520. As shown in FIG. The piezoelectric element 510 has a through hole 519 having a circular cross-sectional shape on the central axis, and is formed in an annular shape. The element main body 511 is formed by alternately laminating the piezoelectric layers 512 and the internal electrodes 513 and 514. The internal electrodes 513 and 514 are connected to the external electrodes 515 and 516, respectively. With regard to the piezoelectric element 510, the movement around the central axis C5 can not be restrained in a situation where the shaft 520 is inserted into the through hole 519 to align the piezoelectric element 510.

(実施例1)
実施例1として図1に示すような圧電素子を作製した。まず、グリーンシートに所定の内部電極を印刷して所定枚数積層後、外形10mm×10mm、貫通孔φ2.5mm×長さ3.5mmの断面長円、厚さ4.5mmの積層に加工した。外形は薄刃による切断で加工し、貫通孔はエンドミルを使用して加工した。これを焼成し、外形7mm×7mm、貫通孔φ2mm×長さ2.8mm、厚さ3mmの一体焼成型の圧電素子を得た。
Example 1
As Example 1, a piezoelectric element as shown in FIG. 1 was produced. First, a predetermined number of internal electrodes were printed on a green sheet, and after laminating a predetermined number of sheets, it was processed into a laminate having an outer diameter of 10 mm × 10 mm, a through hole φ2.5 mm × length 3.5 mm, and a cross section oval of 4.5 mm thickness. The outer shape was processed by cutting with a thin blade, and the through holes were processed using an end mill. This was fired to obtain an integral firing-type piezoelectric element having an outer diameter of 7 mm × 7 mm, a through hole of φ2 mm × length of 2.8 mm, and a thickness of 3 mm.

得られた圧電素子において、1層あたり50μmの内部電極層が50層と、上下に内部電極のない層が0.25mm形成された。この圧電素子を平面研削により厚みを2.5mmに加工した後、外径を6mmに円筒加工した。一方で、φ2.5の円柱を厚さ1.8mmに削ったシャフトを用意した。作製した複数個の圧電素子をシャフトに通して冶具にセットし、スクリーン印刷によって外部電極を形成した。シャフトから外して外部電極焼き付け後、シャフトに通して必要枚数積み上げ、リード線により外部電極同士を接続した。   In the obtained piezoelectric element, 50 layers of 50 μm internal electrode layers were formed per layer, and a layer with no internal electrode was formed 0.25 mm on the upper and lower sides. The piezoelectric element was processed to a thickness of 2.5 mm by surface grinding, and then cylindrically processed to an outer diameter of 6 mm. On the other hand, a shaft was prepared by shaving a cylinder of φ2.5 to a thickness of 1.8 mm. A plurality of produced piezoelectric elements were inserted through a shaft and set in a jig, and an external electrode was formed by screen printing. After removing from the shaft and baking the external electrode, the required number of sheets were stacked through the shaft, and the external electrodes were connected by the lead wires.

(比較例1)
比較例1として図6に示すような圧電素子を作製した。まず、グリーンシートに所定の内部電極を印刷して所定枚数積層後、外形10mm×10mm、内径φ2.5mm、厚さ4.5mmの積層に加工した。外形は薄刃による切断、内径は通常のドリルを使用した。これを焼成し、外形7mm×7mm、内径φ2mm、厚さ3mmの一体焼成型圧電素子を得た。1層あたり50μmの電極層が50層と、上下に内部電極のない層が0.25mmである。
(Comparative example 1)
As a comparative example 1, a piezoelectric element as shown in FIG. 6 was produced. First, a predetermined number of internal electrodes were printed on a green sheet, and after laminating a predetermined number of sheets, it was processed into a laminate having an outer diameter of 10 mm × 10 mm, an inner diameter of φ2.5 mm, and a thickness of 4.5 mm. The outer shape was cut with a thin blade, and the inner diameter was a normal drill. The resultant was fired to obtain an integral firing type piezoelectric element having an outer diameter of 7 mm × 7 mm, an inner diameter of φ2 mm, and a thickness of 3 mm. There are 50 electrode layers of 50 μm per one layer, and the layers without internal electrodes on the top and bottom are 0.25 mm.

これを平面研削により厚みを2.5mmに加工した後、外径を6mmに円筒加工してφ6mmの円環型素子ができた。この外形加工した面に内部電極取り出し部が露出するように設計されており、外周面に露出した電極を目視で確認して位置あわせを行いスクリーン印刷によって外部電極を形成した。外部電極焼き付け後、シャフトを通してスタックし、外部電極を目視で揃えてテープで仮止めしリード線により外部電極同士を接続した。   This was ground to a thickness of 2.5 mm by surface grinding, and then cylindrically processed to an outer diameter of 6 mm to produce an annular element of φ 6 mm. The internal electrode lead-out portion is designed to be exposed on the surface subjected to the outer shape processing, and the electrode exposed on the outer peripheral surface is visually confirmed and aligned, and the external electrode is formed by screen printing. After baking the external electrodes, they were stacked through the shaft, the external electrodes were visually aligned, temporarily fixed with tape, and the external electrodes were connected to each other by the lead wires.

(検証結果)
外部電極の印刷において、長円の断面形状を有する貫通孔を利用することにより実施例では比較例の200倍以上の処理が可能であった。また比較例ではスタックのとき、目視で位置あわせ中に一旦そろえたものが他の位置をそろえるときに回転してずれてしまうなど、完全にそろえることができなかった。おおよその位置あわせにも実施例の50倍以上の時間を要した。
(inspection result)
In the printing of the external electrode, by using the through hole having a cross-sectional shape of an oval, in the example, processing of 200 times or more that of the comparative example was possible. Further, in the comparative example, it was not possible to completely align, for example, those which were once aligned during visual alignment could be rotated and shifted when aligning the other positions in the case of stacking. The approximate alignment also took 50 times more time than the example.

[実施例、比較例(圧電トランス)]
上記の第4の実施形態にかかる圧電トランス用の圧電素子410として、実施例2の圧電素子を作製した。一方、比較例2として、図7に記載の圧電トランス用の圧電素子610を作製した。
Example, Comparative Example (Piezoelectric Transformer)
The piezoelectric element of Example 2 was manufactured as a piezoelectric element 410 for a piezoelectric transformer according to the above fourth embodiment. On the other hand, as Comparative Example 2, a piezoelectric element 610 for a piezoelectric transformer shown in FIG. 7 was produced.

図7(a)、(b)は、比較例2の圧電素子610を示す平断面図および斜視断面図である。また、図7(c)は、シャフト620を示す平断面図である。圧電素子610は、中心軸上に断面形状が正円の貫通孔619を有し、環状に形成されている。素子本体611は、圧電体層612と内部電極613a、613b、614とが交互に積層されて形成されている。内部電極613a、613b、614は、それぞれ外部電極615a、615b、616に接続されている。圧電素子610については、貫通孔619にシャフト620を挿通して圧電素子610の位置合わせをする場面で、中心軸C6回りの移動は拘束できない。   FIGS. 7A and 7B are a plan sectional view and a perspective sectional view showing the piezoelectric element 610 of Comparative Example 2, respectively. FIG. 7C is a plan sectional view showing the shaft 620. The piezoelectric element 610 has a through hole 619 having a circular cross-sectional shape on the central axis, and is formed in an annular shape. The element main body 611 is formed by alternately laminating the piezoelectric layers 612 and the internal electrodes 613a, 613b, and 614. The internal electrodes 613a, 613b, 614 are connected to the external electrodes 615a, 615b, 616, respectively. With regard to the piezoelectric element 610, the movement around the central axis C6 can not be restrained in a situation where the shaft 620 is inserted into the through hole 619 to align the piezoelectric element 610.

(実施例2)
実施例2として図5に示すような圧電素子を作製した。グリーンシートに所定の電極を印刷して所定枚数積層し圧着後、外形20mm×20mm、内孔φ2.5mm×長さ3.5mmの長円穴、厚さ6mmに加工した。外形は薄刃による切断、内孔の加工にはエンドミルを使用した。これを焼成し、外形16mm×16mm、内孔φ2mm×2.8mm、厚さ4.8mmの一体焼成型圧電素子を得た。
(Example 2)
As Example 2, a piezoelectric element as shown in FIG. 5 was produced. A predetermined number of electrodes were printed on a green sheet, stacked in a predetermined number, and crimped, and then processed into an outer diameter of 20 mm × 20 mm, an inner hole φ2.5 mm × length 3.5 mm, an oblong hole, and a thickness 6 mm. The external shape used a thin blade for cutting, and used an end mill for processing the inner hole. This was fired to obtain an integral firing type piezoelectric element having an outer diameter of 16 mm × 16 mm, an inner hole of φ2 mm × 2.8 mm, and a thickness of 4.8 mm.

これを両面研磨により厚みを2.5mmに加工した。別に用意した、φ2.5の円柱を厚さ1.8mmに削ったシャフトを用いて、外径を15mmに円筒加工した。出来上がった素子の構造は電極間隔が1層あたり120μmで計16層の入力部分と電極間隔が1.9mmの出力層と、上下に不活性な層が0.1mmである。この外形加工した面に内部電極取り出し部が露出するように設計されている。円筒加工用に用意したシャフトと同様の形状のシャフトに作製した素子を複数個通して冶具にセットし、スクリーン印刷によって外部電極を形成した。その後シャフトから外して外部電極焼き付けし、圧電トランス用の圧電素子を得た。   This was processed to a thickness of 2.5 mm by double-side polishing. The outer diameter was cylindrically processed to 15 mm using the shaft which shaved the cylinder of (phi) 2.5 prepared to thickness 1.8 mm prepared separately. The structure of the finished device is such that the electrode spacing is 120 μm per layer, the total of 16 layers including the input portion, the output layer having an electrode spacing of 1.9 mm, and the inactive layers at the top and bottom of 0.1 mm. The internal electrode lead-out portion is designed to be exposed on the surface subjected to the outer processing. A plurality of elements produced were set on a shaft having the same shape as the shaft prepared for cylindrical processing, and set in a jig to form external electrodes by screen printing. Thereafter, it was removed from the shaft and the external electrode was baked to obtain a piezoelectric element for a piezoelectric transformer.

(比較例2)
比較例1として図7に示すような圧電素子を作製した。グリーンシートに所定の電極を印刷して所定枚数積層し圧着後、外形20mm×20mm、内径φ2.5mm、厚さ6ミリに加工した。外形は薄刃による切断、内径は通常のドリルを使用した。これを焼成し、外形16mm×16mm、内径φ2mm、厚さ4.8mmの一体焼成型圧電素子を得た。
(Comparative example 2)
As Comparative Example 1, a piezoelectric element as shown in FIG. 7 was produced. After printing predetermined electrodes on a green sheet and laminating a predetermined number of sheets, after pressure bonding, they were processed into an outer diameter of 20 mm × 20 mm, an inner diameter of φ2.5 mm, and a thickness of 6 mm. The outer shape was cut with a thin blade, and the inner diameter was a normal drill. This was fired to obtain an integral firing type piezoelectric element having an outer diameter of 16 mm × 16 mm, an inner diameter of 2 mm, and a thickness of 4.8 mm.

これを両面研磨により厚みを2.5mmに加工後、円筒加工した。出来上がった素子の構造は電極間隔が1層あたり120μmで計16層の入力部分と電極間隔が1.9mmの出力層と、上下に不活性な層が0.1mmである。この外形加工した面に内部電極取り出し部が露出するように設計されている。外周面に露出した電極を目視で確認して位置あわせを行いスクリーン印刷によって外部電極を形成した。その後外部電極焼き付けした。   This was processed into a thickness of 2.5 mm by double-side polishing and then processed into a cylinder. The structure of the finished device is such that the electrode spacing is 120 μm per layer, the total of 16 layers including the input portion, the output layer having an electrode spacing of 1.9 mm, and the inactive layers at the top and bottom of 0.1 mm. The internal electrode lead-out portion is designed to be exposed on the surface subjected to the outer processing. The electrodes exposed on the outer peripheral surface were visually confirmed and aligned, and external electrodes were formed by screen printing. Thereafter, the external electrode was baked.

(検証結果)
外部電極の印刷において、長円の内孔を利用することにより実施例2では比較例2の200倍以上の処理が可能であった。内孔の形状は、通すシャフトによって圧電素子の外部電極位置が決められる形状であれば形状は限定されず、正円に回り止めの凹形状を設けた形状(第3の実施形態)でもよい。圧電トランスの場合、外部電極形成箇所は少なくとも3箇所以上あり、それぞれ役割が決まっていることから、3回対称以上の場合、目視等によって、外部電極位置を合わせる必要が出てくる。したがって、2回対称以下の形状が好ましい。
(inspection result)
In the printing of the external electrode, by using the oval inner hole, in Example 2, processing of 200 times or more that of Comparative Example 2 was possible. The shape of the inner hole is not limited as long as the position of the external electrode of the piezoelectric element can be determined by the shaft through which the inner hole is passed. In the case of the piezoelectric transformer, there are at least three or more external electrode formation locations, and the roles are determined, respectively. Therefore, in the case of three-fold symmetry or more, it is necessary to match the external electrode positions by visual observation. Therefore, a shape of 2-fold symmetry or less is preferable.

100 圧電アクチュエータ
105 圧電アクチュエータ本体
110 圧電素子
111 素子本体
112 圧電体層
113、114 内部電極層(内部電極)
115、116 外部電極
119 貫通孔
120 シャフト
C1 中心軸
121 シャフト
122、123 スペーサ
124 突起
131、132 リード線
135、136 ハンダ
150 固定部
180 筺体
210 圧電素子
211 素子本体
212 圧電体層
213、214 内部電極層(内部電極)
215、216 外部電極
219 貫通孔
220 シャフト
C2 中心軸
310 圧電素子
311 素子本体
312 圧電体層
313、314 内部電極層(内部電極)
315、316 外部電極
319 貫通孔
320 シャフト
C3 中心軸
C4 中心軸
410 圧電素子
411 素子本体
412 圧電体層
413a、413b、414 内部電極層(内部電極)
415a、415b、416 外部電極
417a 入力部
417b 出力部
419 貫通孔
420 シャフト
100 Piezoelectric actuator 105 Piezoelectric actuator body 110 Piezoelectric element 111 Element body 112 Piezoelectric layers 113, 114 Internal electrode layer (internal electrode)
115, 116 external electrode 119 through hole 120 shaft C1 central axis 121 shaft 122, 123 spacer 124 protrusion 131, 132 lead wire 135, 136 solder 150 fixing portion 180 body 210 piezoelectric element 211 element body 212 piezoelectric layer 213, 214 internal electrode Layer (internal electrode)
215, 216 external electrode 219 through hole 220 shaft C2 central axis 310 piezoelectric element 311 element main body 312 piezoelectric layer 313, 314 internal electrode layer (internal electrode)
315, 316 External electrode 319 Through hole 320 Shaft C3 Central axis C4 Central axis 410 Piezoelectric element 411 Element body 412 Piezoelectric layers 413a, 413b, 414 Internal electrode layer (internal electrode)
415a, 415b, 416 external electrode 417a input portion 417b output portion 419 through hole 420 shaft

Claims (5)

圧電アクチュエータ用または圧電トランス用の圧電素子であって、
圧電体層および前記圧電体層を介して交互に積層された内部電極を有し、環状に形成された素子本体と、
前記素子本体の側面に設けられ、前記内部電極と接続された外部電極と、を備え、
前記素子本体の中央に設けられた貫通孔は、断面が正円に回り止めの凹形状を一つだけ設けた形状に形成され
前記凹形状は角のない形状であることを特徴としている圧電素子。
A piezoelectric element for a piezoelectric actuator or a piezoelectric transformer,
An element body formed in an annular shape, having a piezoelectric layer and internal electrodes alternately stacked via the piezoelectric layer;
Provided on the outer side surface of the element body, and an external electrode connected to the internal electrode,
The through hole provided at the center of the element body is formed in a shape in which the cross section is a true circle and only one concave shape of the detent is provided .
The piezoelectric element characterized in that the concave shape is a shape without corners .
前記内部電極として、交互に積層された第1および第2の内部電極を備え、
前記外部電極として、前記第1の内部電極と接続された第1の外部電極と、前記第2の内部電極と接続された第2の外部電極とを備え、
圧電アクチュエータ用に伸縮方向に積み重ねられて用いられることを特徴とする請求項1記載の圧電素子。
The first and second inner electrodes stacked alternately are provided as the inner electrodes,
The external electrode includes a first external electrode connected to the first internal electrode, and a second external electrode connected to the second internal electrode.
2. The piezoelectric element according to claim 1, wherein the piezoelectric element is stacked in the expansion / contraction direction and used for the piezoelectric actuator.
前記内部電極として、少なくとも交互に積層された入力用の第1および第2の内部電極を備え、
前記外部電極として、前記第1の内部電極と接続された第1の外部電極と、前記第2の内部電極と接続された第2の外部電極と、出力用の外部電極と、を備え、
圧電トランス用として用いられることを特徴としている請求項1記載の圧電素子。
As the internal electrodes, at least alternately laminated first and second internal electrodes for input are provided,
The external electrode includes a first external electrode connected to the first internal electrode, a second external electrode connected to the second internal electrode, and an external electrode for output.
The piezoelectric element according to claim 1, wherein the piezoelectric element is used for a piezoelectric transformer.
前記第1の外部電極と前記第2の外部電極とは、前記素子本体の中心軸に対して軸対称の位置に設けられていることを特徴としている請求項2または請求項3記載の圧電素子。   The piezoelectric element according to claim 2 or 3, wherein the first external electrode and the second external electrode are provided at axially symmetrical positions with respect to a central axis of the element body. . 請求項2記載の圧電素子を略同一中心軸上に伸縮方向に複数個積み重ねて形成された圧電アクチュエータ本体を備えることを特徴としている圧電アクチュエータ。   A piezoelectric actuator comprising a piezoelectric actuator main body formed by stacking a plurality of the piezoelectric elements according to claim 2 on a substantially same central axis in the expansion and contraction direction.
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