JPH06275884A - Piezoelectric element - Google Patents
Piezoelectric elementInfo
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- JPH06275884A JPH06275884A JP5083855A JP8385593A JPH06275884A JP H06275884 A JPH06275884 A JP H06275884A JP 5083855 A JP5083855 A JP 5083855A JP 8385593 A JP8385593 A JP 8385593A JP H06275884 A JPH06275884 A JP H06275884A
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- piezoelectric element
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 通常の状態における構造を平面構造とするこ
ともでき、また大きな音量を出すことができるようにす
る。
【構成】 柔軟性を有する支持フィルム21の両面には
バイモルフ構造の圧電体22、23が設けられている。
このように、バイモルフ構造の圧電体22、23を備え
ているので、通常の状態における構造を平面構造とする
ことができる。また、この圧電素子にある程度の剛性を
持たせる場合、安価な支持フィルム21にある程度の剛
性を持たせることができるので、電極層22a、22
c、22e、23a、23c、23e等を厚くする必要
がなく、したがって安価で振動しやすく大きな音量を出
すことができる。
(57) [Abstract] [Purpose] The structure in a normal state can be a planar structure, and a large volume can be produced. [Structure] Piezoelectric bodies 22 and 23 having a bimorph structure are provided on both surfaces of a flexible support film 21.
As described above, since the piezoelectric bodies 22 and 23 having the bimorph structure are provided, the structure in a normal state can be a planar structure. When the piezoelectric element has a certain degree of rigidity, the inexpensive support film 21 can have a certain degree of rigidity. Therefore, the electrode layers 22a, 22
It is not necessary to thicken c, 22e, 23a, 23c, 23e and the like, and therefore, it is inexpensive, easy to vibrate, and capable of producing a large volume.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は圧電素子に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piezoelectric element.
【0002】[0002]
【従来の技術】例えば電気音響変換素子として用いられ
る圧電素子には、図4に示すように、強誘電性ポリマー
からなる圧電膜1の上下両面に上部電極層2および下部
電極層3を設けた構造のものがある。このうち圧電膜1
の自発分極の方向は膜厚方向であって上向きとなってい
る。この圧電素子では、矢印Aで示す圧電膜1の運動方
向を矢印Bで示す空気の振動方向に変換するために、予
め上側に突出する方向に適宜に湾曲されている。そし
て、アンプ4から両電極層2、3間に交流信号を印加す
ると、両電極層2、3間に印加された電圧により生じる
電界の方向が自発分極の方向と逆方向である場合には圧
電膜1が矢印A方向に伸び、同方向である場合には矢印
A方向に縮むことになる。このような電気エネルギの機
械的変位への変換により圧電素子が振動し、音が発生す
ることになる。2. Description of the Related Art For example, in a piezoelectric element used as an electroacoustic transducer, an upper electrode layer 2 and a lower electrode layer 3 are provided on the upper and lower surfaces of a piezoelectric film 1 made of a ferroelectric polymer, as shown in FIG. There is a structure. Of these, the piezoelectric film 1
The spontaneous polarization direction of is in the film thickness direction and is upward. In this piezoelectric element, in order to convert the movement direction of the piezoelectric film 1 shown by the arrow A into the vibration direction of air shown by the arrow B, the piezoelectric element is appropriately curved in a direction projecting upward. Then, when an AC signal is applied from the amplifier 4 between the two electrode layers 2 and 3, when the direction of the electric field generated by the voltage applied between the two electrode layers 2 and 3 is opposite to the direction of spontaneous polarization, piezoelectric The film 1 extends in the direction of arrow A, and if it is in the same direction, it contracts in the direction of arrow A. The conversion of such electrical energy into mechanical displacement causes the piezoelectric element to vibrate and generate sound.
【0003】ところで、このような圧電素子では、矢印
Aで示す圧電膜1の運動方向を矢印Bで示す空気の振動
方向に変換するために、予め上側に突出する方向に適宜
に湾曲させているので、通常の状態における構造を平面
構造とすることができないという問題があった。By the way, in such a piezoelectric element, in order to convert the movement direction of the piezoelectric film 1 shown by the arrow A into the vibration direction of air shown by the arrow B, the piezoelectric element is appropriately curved in a direction projecting upward. Therefore, there is a problem in that the structure in a normal state cannot be a planar structure.
【0004】一方、通常の状態における構造を平面構造
とした圧電素子として、図5に示すようなバイモルフ構
造のものが知られている。この圧電素子では、上下2枚
の圧電膜11、12の間に中間電極層13を介在させ、
上部圧電膜11の上面に上部電極層14を設け、下部圧
電膜12の下面に下部電極層15を設けた構造となって
いる。圧電膜11、12の自発分極の方向は共に膜厚方
向であって上向きとなっている。そして、図5に示すよ
うに、アンプ16から中間電極層13に−の電圧を印加
するとともに上下の電極層14、15に+の電圧を印加
すると、上部圧電膜11が伸び、下部圧電膜12が縮む
ことにより、全体的に上側に突出する方向に湾曲し、逆
の電圧が印加された場合には逆方向に湾曲することにな
る。On the other hand, a piezoelectric element having a bimorph structure as shown in FIG. 5 is known as a piezoelectric element having a planar structure in a normal state. In this piezoelectric element, the intermediate electrode layer 13 is interposed between the upper and lower piezoelectric films 11 and 12,
The upper electrode layer 14 is provided on the upper surface of the upper piezoelectric film 11, and the lower electrode layer 15 is provided on the lower surface of the lower piezoelectric film 12. The directions of spontaneous polarization of the piezoelectric films 11 and 12 are both in the film thickness direction and are upward. Then, as shown in FIG. 5, when a negative voltage is applied from the amplifier 16 to the intermediate electrode layer 13 and a positive voltage is applied to the upper and lower electrode layers 14 and 15, the upper piezoelectric film 11 expands, and the lower piezoelectric film 12. Is contracted, the whole is curved in a direction projecting upward, and when a reverse voltage is applied, it is curved in the opposite direction.
【0005】ところで、このような圧電素子では、構造
上ある程度の剛性を持たせる必要があり、このため電極
層13、14、15を厚くしている。しかしながら、電
極層13、14、15を厚くすると、振動しにくくなっ
て、あまり大きな音量を出すことができなくなってしま
うという問題があった。なお、電極層13、14、15
を厚くする代わりに、圧電膜11、12を厚くする場合
もあるが、この場合には比較的高価な圧電膜11、12
を厚くすることになるので、コスト高になるという別の
問題がある。By the way, in such a piezoelectric element, it is necessary to have a certain degree of rigidity in structure, and therefore the electrode layers 13, 14, 15 are made thick. However, if the electrode layers 13, 14 and 15 are made thick, there is a problem that it becomes difficult to vibrate and it becomes impossible to produce a very large volume. The electrode layers 13, 14, 15
The piezoelectric films 11 and 12 may be thickened instead of being thickened. In this case, the relatively expensive piezoelectric films 11 and 12 are used.
Therefore, there is another problem that the cost becomes high.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】このように、図4に示
す従来の圧電素子の場合には、通常の状態における構造
を平面構造とすることができないという問題があり、一
方、図5に示す従来の圧電素子の場合には、振動しにく
くなってあまり大きな音量を出すことができなくなると
いう問題があった。この発明の目的は、通常の状態にお
ける構造を平面構造とすることもでき、また振動しやす
く大きな音量を出すことのできる圧電素子を提供するこ
とにある。As described above, in the case of the conventional piezoelectric element shown in FIG. 4, there is a problem in that the structure in the normal state cannot be made into a planar structure. On the other hand, as shown in FIG. In the case of the conventional piezoelectric element, there is a problem that it becomes difficult to vibrate and it becomes impossible to produce a very large volume. An object of the present invention is to provide a piezoelectric element which can be made to have a planar structure in a normal state and which can easily vibrate and generate a large volume.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】この発明は、柔軟性を有
する支持フィルムの少なくとも片面にバイモルフ構造の
圧電体を設けたものである。According to the present invention, a piezoelectric film having a bimorph structure is provided on at least one surface of a flexible support film.
【0008】[0008]
【作用】この発明によれば、バイモルフ構造の圧電体を
備えているので、通常の状態における構造を平面構造と
することもでき、また柔軟性を有する安価な支持フィル
ムが圧電素子全体にある程度の剛性を持たせることがで
きるので、電極層や圧電膜を厚くする必要がなく、した
がって安価で振動しやすく大きな音量を出すことができ
る。According to the present invention, since the piezoelectric body having the bimorph structure is provided, it is possible to make the structure in a normal state a planar structure, and an inexpensive supporting film having flexibility is provided to the whole piezoelectric element to some extent. Since it is possible to provide rigidity, it is not necessary to thicken the electrode layer and the piezoelectric film, and therefore, it is inexpensive, easy to vibrate, and large volume can be produced.
【0009】[0009]
【実施例】図1はこの発明の第1実施例における圧電素
子を示したものである。この圧電素子では、柔軟性を有
するPET等のポリマーフィルムからなる支持フィルム
21の上下両面にバイモルフ構造の圧電体22、23を
設けた構造となっている。この場合、一例として、ま
ず、支持フィルム21の上下両面にスパッタリング、蒸
着、印刷、コーティング等の方法により薄い電極層22
a、23aを形成する。次に、電極層22a、23aの
各表面にフッ化ビニリデン共重合体、トリフルオロエチ
レン共重合体等のコーティングが可能な強誘電性ポリマ
ーをコーティングして圧電膜22b、23bを形成す
る。次に、圧電膜22b、23bの各表面に上述の場合
と同様の方法により薄い電極層22c、23cを形成す
る。次に、電極層22c、23cの各表面に上述の場合
と同様の方法により圧電膜22d、23dを形成する。
最後に、圧電膜22d、23dの各表面に上述の場合と
同様の方法により薄い電極層22e、23eを形成す
る。1 shows a piezoelectric element according to a first embodiment of the present invention. This piezoelectric element has a structure in which bimorph piezoelectric bodies 22 and 23 are provided on the upper and lower surfaces of a support film 21 made of a flexible polymer film such as PET. In this case, as an example, first, a thin electrode layer 22 is formed on the upper and lower surfaces of the support film 21 by a method such as sputtering, vapor deposition, printing, and coating.
a and 23a are formed. Next, each surface of the electrode layers 22a and 23a is coated with a coatable ferroelectric polymer such as vinylidene fluoride copolymer or trifluoroethylene copolymer to form piezoelectric films 22b and 23b. Next, thin electrode layers 22c and 23c are formed on the respective surfaces of the piezoelectric films 22b and 23b by the same method as described above. Next, the piezoelectric films 22d and 23d are formed on the respective surfaces of the electrode layers 22c and 23c by the same method as described above.
Finally, thin electrode layers 22e and 23e are formed on the respective surfaces of the piezoelectric films 22d and 23d by the same method as described above.
【0010】したがって、上部圧電体22は、2枚の圧
電膜22b、22dの間に中間電極層22cが介在さ
れ、下部圧電膜22bの下面に下部電極層22aが設け
られ、上部圧電膜22dの上面に上部電極層22eが設
けられたバイモルフ構造となっている。また、下部圧電
体23は、2枚の圧電膜23b、23dの間に中間電極
層23cが介在され、上部圧電膜23bの上面に上部電
極層23aが設けられ、下部圧電膜23dの下面に下部
電極層23eが設けられたバイモルフ構造となってい
る。なお、圧電膜22b、22d、23b、23dの自
発分極の方向はすべて膜厚方向であって上向きとなって
いる。Therefore, in the upper piezoelectric body 22, the intermediate electrode layer 22c is interposed between the two piezoelectric films 22b and 22d, the lower electrode layer 22a is provided on the lower surface of the lower piezoelectric film 22b, and the upper piezoelectric film 22d is formed. It has a bimorph structure in which an upper electrode layer 22e is provided on the upper surface. In the lower piezoelectric body 23, the intermediate electrode layer 23c is interposed between the two piezoelectric films 23b and 23d, the upper electrode layer 23a is provided on the upper surface of the upper piezoelectric film 23b, and the lower electrode is formed on the lower surface of the lower piezoelectric film 23d. It has a bimorph structure in which the electrode layer 23e is provided. The directions of spontaneous polarization of the piezoelectric films 22b, 22d, 23b, and 23d are all in the film thickness direction and are upward.
【0011】この圧電素子では、図1に示すように、ア
ンプ24から中間電極層22c、23cに−の電圧が印
加されるとともに、残りの電極層22a、22e、23
a、23eに+の電圧が印加されると、上部圧電膜22
d、23bが伸び、下部圧電膜22b、23dが縮むこ
とにより、全体的に上側に突出する方向に湾曲し、逆の
電圧が印加された場合には逆方向に湾曲することにな
る。In this piezoelectric element, as shown in FIG. 1, a negative voltage is applied from the amplifier 24 to the intermediate electrode layers 22c and 23c and the remaining electrode layers 22a, 22e and 23 are applied.
When a + voltage is applied to a and 23e, the upper piezoelectric film 22
As d and 23b expand and the lower piezoelectric films 22b and 23d contract, they bend in the direction of projecting upward as a whole, and when the reverse voltage is applied, they bend in the opposite direction.
【0012】ところで、この圧電素子では、バイモルフ
構造の圧電体22、23を備えているので、通常の状態
における構造を平面構造とすることができる。また、柔
軟性を有する支持フィルム21にある程度の剛性を持た
せることができるので、電極層22a、22c、22
e、23a、23c、23eを厚くする必要がなく、し
たがって振動しやすく大きな音量を出すことができる。
特に、この実施例の場合、支持フィルム21の両面にバ
イモルフ構造の圧電体22、23を設けているので、例
えば図5に示すような通常のバイモルフ構造の圧電素子
と比較して、振動しようとする力がより強く働き、した
がってより大きく振動し、より大きな音量を出すことが
できる。By the way, since this piezoelectric element is provided with the piezoelectric bodies 22 and 23 having a bimorph structure, the structure in a normal state can be a planar structure. Further, since the support film 21 having flexibility can be given a certain degree of rigidity, the electrode layers 22a, 22c, 22
It is not necessary to increase the thickness of e, 23a, 23c, and 23e, and therefore, it is easy to vibrate and a large volume can be produced.
Particularly, in the case of this embodiment, since the piezoelectric films 22 and 23 having the bimorph structure are provided on both surfaces of the supporting film 21, it is attempted to vibrate as compared with a normal piezoelectric element having the bimorph structure as shown in FIG. 5, for example. The force exerted is stronger, and therefore vibrates more and produces a louder volume.
【0013】なお、この発明は上述した第1実施例に限
定されるものではない。例えば、図2に示す第2実施例
のように、支持フィルム21の両面(または片面)に複
数の断面V字状の溝(凹部)25を格子状に設けてもよ
く、また図3に示す第3実施例のように、支持フィルム
21に複数の貫通孔26を設けてもよい。このようにす
ると、支持フィルム21を厚くしてもその剛性を適宜に
抑制することができる。ただし、この場合、支持フィル
ム21の両面に設ける電極層22a、23aは接着剤等
によって接着する。また、上記実施例では支持フィルム
21の両面にバイモルフ構造の圧電体22、23を設け
ているが、片面のみに設けるようにしてもよい。また、
上述の実施例では、圧電素子は通常の状態で平面構造で
あるが、これに限らず、湾曲していてもよい。The present invention is not limited to the above-mentioned first embodiment. For example, as in the second embodiment shown in FIG. 2, a plurality of grooves (recesses) 25 having a V-shaped cross section may be provided in a grid pattern on both surfaces (or one surface) of the support film 21, and as shown in FIG. As in the third embodiment, the support film 21 may be provided with a plurality of through holes 26. By doing so, even if the support film 21 is thickened, its rigidity can be appropriately suppressed. However, in this case, the electrode layers 22a and 23a provided on both surfaces of the support film 21 are adhered by an adhesive or the like. Further, in the above-mentioned embodiment, the piezoelectric films 22 and 23 having the bimorph structure are provided on both surfaces of the support film 21, but they may be provided on only one surface. Also,
In the above-described embodiments, the piezoelectric element has a planar structure in a normal state, but the piezoelectric element is not limited to this and may be curved.
【0014】[0014]
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、バイモルフ構造の圧電体を備えているので、通常の
状態における構造を平面構造とすることもでき、また柔
軟性を有する安価な支持フィルムが圧電素子全体にある
程度の剛性を持たせることができるので、電極層や圧電
膜を厚くする必要がなく、したがって安価で振動しやす
く大きな音量を出すことができる。As described above, according to the present invention, since the piezoelectric body having the bimorph structure is provided, it is possible to make the structure in a normal state a plane structure, and also it is flexible and inexpensive. Since the film can give the entire piezoelectric element a certain degree of rigidity, it is not necessary to increase the thickness of the electrode layer or the piezoelectric film, and therefore the cost is low, the vibration is easy, and a large volume can be produced.
【図1】この発明の第1実施例における圧電素子の側面
図。FIG. 1 is a side view of a piezoelectric element according to a first embodiment of the present invention.
【図2】この発明の第2実施例における圧電素子の側面
図。FIG. 2 is a side view of the piezoelectric element according to the second embodiment of the present invention.
【図3】この発明の第3実施例における圧電素子の側面
図。FIG. 3 is a side view of a piezoelectric element according to a third embodiment of the present invention.
【図4】従来の圧電素子の一例の側面図。FIG. 4 is a side view of an example of a conventional piezoelectric element.
【図5】従来の圧電素子の他の例の側面図。FIG. 5 is a side view of another example of a conventional piezoelectric element.
21 支持フィルム 22、23 バイモルフ構造の圧電体 25 溝(凹部) 26 貫通孔 21 Support Films 22 and 23 Bimorph Piezoelectric Body 25 Groove (Recess) 26 Through Hole
Claims (3)
も片面にバイモルフ構造の圧電体を設けたことを特徴と
する圧電素子。1. A piezoelectric element comprising a flexible support film and a piezoelectric material having a bimorph structure provided on at least one surface of the flexible support film.
複数の凹部が設けられていることを特徴とする請求項1
記載の圧電素子。2. The support film is provided with a plurality of recesses on at least one surface thereof.
The piezoelectric element described.
けられていることを特徴とする請求項1記載の圧電素
子。3. The piezoelectric element according to claim 1, wherein the support film is provided with a plurality of through holes.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5083855A JPH06275884A (en) | 1993-03-19 | 1993-03-19 | Piezoelectric element |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5083855A JPH06275884A (en) | 1993-03-19 | 1993-03-19 | Piezoelectric element |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06275884A true JPH06275884A (en) | 1994-09-30 |
Family
ID=13814310
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5083855A Pending JPH06275884A (en) | 1993-03-19 | 1993-03-19 | Piezoelectric element |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH06275884A (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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FR3090208A1 (en) * | 2018-12-18 | 2020-06-19 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | ELECTROMECHANICAL MICROSYSTEM COMPRISING AN ACTIVE ELEMENT PROVIDED WITH A STRUCTURED CORE LAYER |
-
1993
- 1993-03-19 JP JP5083855A patent/JPH06275884A/en active Pending
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EP3671873A1 (en) * | 2018-12-18 | 2020-06-24 | Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives | Electromechanical microsystem comprising an active element provided with a structured core layer |
US11716907B2 (en) | 2018-12-18 | 2023-08-01 | Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives | Electromechanical microsystem comprising an active element having a structured core layer |
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