JPH06232469A - Driving method of piezoelectric actuator - Google Patents
Driving method of piezoelectric actuatorInfo
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- JPH06232469A JPH06232469A JP5040524A JP4052493A JPH06232469A JP H06232469 A JPH06232469 A JP H06232469A JP 5040524 A JP5040524 A JP 5040524A JP 4052493 A JP4052493 A JP 4052493A JP H06232469 A JPH06232469 A JP H06232469A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は圧電アクチュエータの
駆動方法に関し、特にたとえば、圧電効果を利用した多
層型の圧電アクチュエータの駆動方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for driving a piezoelectric actuator, and more particularly to, for example, a method for driving a multilayer piezoelectric actuator utilizing the piezoelectric effect.
【０００２】[0002]
【従来の技術】図１０は従来の圧電アクチュエータの駆
動方法の一例を示す図解図である。この圧電アクチュエ
ータ１は、積層される２つの圧電体基板２ａおよび２ｂ
を含む。圧電体基板２ａおよび２ｂは、それぞれセラミ
ックスで形成される。圧電体基板２ａおよび２ｂには、
それぞれ、図１０に示す方向Ａに分極処理が施されてい
る。すなわち、圧電体基板２ａおよび２ｂには、同じ厚
み方向に分極処理が施されている。また、圧電体基板２
ａおよび２ｂ間には、電極３が形成される。さらに、圧
電体基板２ａにおける電極３と反対側の主面には電極４
ａが形成され、圧電体基板２ｂにおける電極３と反対側
の主面には電極４ｂが形成される。2. Description of the Related Art FIG. 10 is an illustrative view showing an example of a conventional method for driving a piezoelectric actuator. This piezoelectric actuator 1 has two piezoelectric substrates 2a and 2b to be stacked.
including. The piezoelectric substrates 2a and 2b are each made of ceramics. On the piezoelectric substrates 2a and 2b,
Each of them is polarized in the direction A shown in FIG. That is, the piezoelectric substrates 2a and 2b are polarized in the same thickness direction. In addition, the piezoelectric substrate 2
An electrode 3 is formed between a and 2b. Further, an electrode 4 is provided on the main surface of the piezoelectric substrate 2a opposite to the electrode 3.
a is formed, and an electrode 4b is formed on the main surface of the piezoelectric substrate 2b opposite to the electrode 3.
【０００３】この圧電アクチュエータ１はパラレル型と
呼ばれ、電極４ａおよび電極３間と、電極４ｂおよび電
極３間とに、それぞれ駆動電圧Ｖd が印加されることに
よって、圧電体基板２ａおよび２ｂがその厚み方向に屈
曲する。このようにして、このパラレル型の圧電アクチ
ュエータ１は駆動される。This piezoelectric actuator 1 is called a parallel type, and by applying a drive voltage V d between the electrodes 4a and 3 and between the electrodes 4b and 3, the piezoelectric substrates 2a and 2b are moved. Bends in the thickness direction. In this way, the parallel type piezoelectric actuator 1 is driven.
【０００４】図１１は従来の圧電アクチュエータの駆動
方法の他の例を示す図解図である。この圧電アクチュエ
ータ１では、圧電体基板２ａには、図１１に示す方向Ａ
に、圧電体基板２ｂには、図１１に示す方向Ｂに、それ
ぞれ、分極処理が施されている。すなわち、圧電体基板
２ａおよび２ｂに、互いに逆方向に分極処理が施されて
いる。FIG. 11 is an illustrative view showing another example of a conventional method for driving a piezoelectric actuator. In this piezoelectric actuator 1, the piezoelectric substrate 2a has the direction A shown in FIG.
The piezoelectric substrate 2b is polarized in the direction B shown in FIG. That is, the piezoelectric substrates 2a and 2b are polarized in opposite directions.
【０００５】この圧電アクチュエータ１はシリーズ型と
呼ばれ、電極４ａおよび４ｂ間に、駆動電圧Ｖd が印加
されることによって、圧電体基板２ａおよび２ｂがその
厚み方向に屈曲する。このようにして、このシリーズ型
の圧電アクチュエータ１は駆動される。This piezoelectric actuator 1 is called a series type, and the piezoelectric substrates 2a and 2b are bent in the thickness direction when a driving voltage V d is applied between the electrodes 4a and 4b. In this way, the series type piezoelectric actuator 1 is driven.
【０００６】これらの圧電アクチュエータでは、上記の
ように、電圧を印加することによって、厚み方向に屈曲
変位が発生し、印加電圧の増大に伴って、変位量も単調
に増加する。圧電アクチュエータのこうした効果を利用
して、電気的エネルギを機械的エネルギに変換して、微
小位置決めやバルブ，シャッタなどの用途に用いられて
いる。In these piezoelectric actuators, bending displacement occurs in the thickness direction by applying a voltage as described above, and the displacement amount monotonously increases as the applied voltage increases. Utilizing these effects of the piezoelectric actuator, electrical energy is converted into mechanical energy, which is used for minute positioning, valves, shutters and the like.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、圧電ア
クチュエータでは、一般的に、印加電圧と変位量との間
に、完全な比例関係は成立しない。図１２は従来の圧電
アクチュエータの変位特性の一例を示すグラフである。
図１２の曲線（Ａ）に示すように、パラレル型の圧電ア
クチュエータでは、印加電圧の増大とともに、変位量が
２次関数的に増加する。また、図１２の曲線（Ｂ）に示
すように、シリーズ型の圧電アクチュエータでは、低電
圧域や高電圧域で単位電圧当たりの変位の変化量は小さ
く、中電圧域で単位電圧当たりの変位の変化量は大き
い。However, in the piezoelectric actuator, generally, a perfect proportional relationship is not established between the applied voltage and the displacement amount. FIG. 12 is a graph showing an example of displacement characteristics of a conventional piezoelectric actuator.
As shown by the curve (A) in FIG. 12, in the parallel type piezoelectric actuator, the displacement amount increases as a quadratic function as the applied voltage increases. Further, as shown by the curve (B) in FIG. 12, in the series type piezoelectric actuator, the change amount of the displacement per unit voltage is small in the low voltage region and the high voltage region, and the displacement per unit voltage in the medium voltage region is small. The amount of change is large.
【０００８】このように、パラレル型の圧電アクチュエ
ータおよびシリーズ型の圧電アクチュエータは、ともに
印加電圧と変位量との関係が非線形性を示すが、その非
線形性の様子が異なる。その理由は、パラレル型の圧電
アクチュエータでは、ある電圧値以上の電圧が印加され
ると、分極反転が生じて変化しなくなるためである。パ
ラレル型の圧電アクチュエータにおいて分極反転が生じ
て変化しなくなる現象は、シリーズ型の圧電アクチュエ
ータの中電圧域に相当する部分で起こる。そのため、パ
ラレル型の圧電アクチュエータでは、印加電圧と変位量
との関係は、２次関数的な曲線となる。As described above, in both the parallel type piezoelectric actuator and the series type piezoelectric actuator, the relationship between the applied voltage and the displacement amount is non-linear, but the non-linearity is different. The reason is that in the parallel type piezoelectric actuator, when a voltage of a certain voltage value or more is applied, polarization inversion occurs and no change occurs. The phenomenon in which polarization inversion occurs in the parallel type piezoelectric actuator and does not change occurs in a portion corresponding to the middle voltage range of the series type piezoelectric actuator. Therefore, in the parallel type piezoelectric actuator, the relationship between the applied voltage and the displacement amount becomes a quadratic function curve.
【０００９】ここで、微小の位置決めを精度よく行おう
とする際に、上述の非線形性の大きな領域、すなわち低
電圧域から中電圧域にかけての範囲において、変位の制
御が困難であった。しかも、実使用においては、この変
位の制御が困難な範囲を使用する場合が多かった。特に
パラレル型の圧電アクチュエータにおいては、上述のよ
うに、抗電界強度に相当する電圧以上を印加すると、分
極反転が生じ変位しなくなる。そのため、圧電アクチュ
エータの使用範囲は、ちょうど０Ｖから中電圧域にかけ
ての最も非線形の大きな領域に限定されてしまう。Here, when attempting to perform fine positioning with high precision, it is difficult to control the displacement in the above-mentioned region having a large non-linearity, that is, in the range from the low voltage region to the medium voltage region. Moreover, in actual use, the range in which this displacement control is difficult is often used. In particular, in the parallel type piezoelectric actuator, when a voltage equal to or higher than the coercive electric field strength is applied as described above, polarization inversion occurs and displacement does not occur. Therefore, the usage range of the piezoelectric actuator is limited to the most non-linear region from 0 V to the medium voltage region.
【００１０】この問題点は、圧電アクチュエータを回路
に組み込むことによって補正することもできるが、コス
トが大幅に高くなり、システム全体が大型になってしま
う。Although this problem can be corrected by incorporating a piezoelectric actuator in the circuit, the cost is significantly increased and the entire system becomes large.
【００１１】それゆえに、この発明の主たる目的は、低
コストを維持し、システム全体を小型にしたまま、印加
電圧と変位量との関係の線形性を良好にして使用するこ
とによって、微小電圧域の位置決め精度を向上させるこ
とができる圧電アクチュエータの駆動方法を提供するこ
とである。Therefore, the main object of the present invention is to maintain a low cost, to keep the overall size of the system small, and to improve the linearity of the relationship between the applied voltage and the amount of displacement to use the small voltage range. It is to provide a method of driving a piezoelectric actuator, which can improve the positioning accuracy of.
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段】この発明は、分極処理さ
れた圧電体基板を含む圧電アクチュエータにバイアス電
圧を印加する工程と、圧電アクチュエータに駆動電圧を
印加して、圧電体基板を屈曲させる工程とを含むことを
特徴とする、圧電アクチュエータの駆動方法に関するも
のである。According to the present invention, a step of applying a bias voltage to a piezoelectric actuator including a polarized piezoelectric substrate and a step of applying a drive voltage to the piezoelectric actuator to bend the piezoelectric substrate. The present invention relates to a method for driving a piezoelectric actuator, including:
【００１３】[0013]
【作用】圧電アクチュエータの変位特性においては、印
加電圧と変位量との間に非線形性が存在するが、予めバ
イアス電圧を印加することによって、非線形性が小さく
なるような範囲を用いることができる。また、セラミッ
クスにおいては、分極方向と反対方向に抗電界強度以上
に相当する電圧を印加すると分極反転を起こす。しか
し、順分極方向にバイアス電圧を印加しておくことによ
って、分極反転を起こさない印加電圧の範囲が広がる。
その結果、精度がよく変位量が大きな圧電アクチュエー
タを提供することができる。In the displacement characteristic of the piezoelectric actuator, there is nonlinearity between the applied voltage and the displacement amount, but it is possible to use a range in which the nonlinearity is reduced by applying the bias voltage in advance. In ceramics, when a voltage corresponding to the coercive electric field strength or more is applied in the direction opposite to the polarization direction, polarization inversion occurs. However, by applying the bias voltage in the forward polarization direction, the range of applied voltage that does not cause polarization reversal is expanded.
As a result, it is possible to provide a piezoelectric actuator with high accuracy and large displacement.
【００１４】[0014]
【発明の効果】この発明によれば、予めバイアス電圧を
印加することによって、印加電圧と変位量との非線形性
が小さくなり、印加できる電圧の範囲が広くなる。その
ため、特に変位量の補正回路などを用いることなく、精
度がよく変位量が大きな圧電アクチュエータを提供する
ことができる。すなわち、従来の圧電アクチュエータの
もつ低コスト，小型などのメリットを失うことなく、圧
電アクチュエータの変位特性の性能を著しく向上させる
ことができる。According to the present invention, by applying the bias voltage in advance, the non-linearity between the applied voltage and the displacement amount is reduced, and the range of the applicable voltage is widened. Therefore, it is possible to provide a piezoelectric actuator with high accuracy and large displacement amount without using a displacement amount correction circuit or the like. That is, the performance of the displacement characteristics of the piezoelectric actuator can be significantly improved without losing the advantages of the conventional piezoelectric actuator such as low cost and small size.
【００１５】この発明の上述の目的，その他の目的，特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳
細な説明から一層明らかとなろう。The above-mentioned objects, other objects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the detailed description of the following embodiments made with reference to the drawings.
【００１６】[0016]
【実施例】図１はこの発明の一実施例を示す図解図であ
る。この圧電アクチュエータ１０は、積層される２つの
圧電体基板１２ａおよび１２ｂを含む。圧電体基板１２
ａおよび１２ｂは、それぞれセラミックスで形成され
る。圧電体基板１２ａおよび１２ｂには、それぞれ、図
１に示す方向Ａに分極処理が施されている。すなわち、
圧電体基板１２ａおよび１２ｂには、同じ厚み方向に分
極処理が施されている。また、圧電体基板１２ａおよび
１２ｂ間には、電極１４が形成される。さらに、圧電体
基板１２ａにおける電極１４と反対側の主面には電極１
６ａが形成され、圧電体基板１２ｂにおける電極１４と
反対側の主面には電極１６ｂが形成される。電極１６ａ
および１６ｂ間には、電源１８が接続され、電極１６ｂ
は接地される。電極１４および電極１６ｂ間には、可変
直流電源２２および電源２０が接続される。なお、電源
１８および電源２０はバイアス電圧印加用であり、可変
直流電源２２は駆動電圧印加用である。1 is an illustrative view showing one embodiment of the present invention. The piezoelectric actuator 10 includes two stacked piezoelectric substrates 12a and 12b. Piezoelectric substrate 12
Each of a and 12b is formed of ceramics. The piezoelectric substrates 12a and 12b are each polarized in the direction A shown in FIG. That is,
The piezoelectric substrates 12a and 12b are polarized in the same thickness direction. An electrode 14 is formed between the piezoelectric substrates 12a and 12b. Further, the electrode 1 is provided on the main surface of the piezoelectric substrate 12a opposite to the electrode 14.
6a is formed, and an electrode 16b is formed on the main surface of the piezoelectric substrate 12b opposite to the electrode 14. Electrode 16a
And 16b, a power source 18 is connected between the electrodes 16b
Is grounded. A variable DC power source 22 and a power source 20 are connected between the electrode 14 and the electrode 16b. The power supply 18 and the power supply 20 are for applying a bias voltage, and the variable DC power supply 22 is for applying a drive voltage.
【００１７】この圧電アクチュエータ１０は、バイモル
フアクチュエータであり、パラレル型と呼ばれ、電極１
６ａおよび電極１４間と、電極１６ｂおよび電極１４間
とに、それぞれ駆動電圧が印加されることによって、圧
電体基板１２ａおよび１２ｂがその厚み方向に屈曲す
る。このようにして、このパラレル型の圧電アクチュエ
ータ１０は駆動される。This piezoelectric actuator 10 is a bimorph actuator and is called a parallel type.
By applying a drive voltage between the electrodes 6a and the electrodes 14 and between the electrodes 16b and the electrodes 14, the piezoelectric substrates 12a and 12b bend in the thickness direction. In this way, the parallel type piezoelectric actuator 10 is driven.
【００１８】次に、この圧電アクチュエータ１０の作製
方法について説明する。Next, a method for manufacturing the piezoelectric actuator 10 will be described.
【００１９】Ｐｂ（Ｎｉ，Ｎｂ）Ｏ3 を第３成分とした
３成分系ＰＺＴの単板（３０ｍｍ×５ｍｍ×０．２ｍ
ｍ）を２枚もしくは３枚以上用意する。そして、各ユニ
ットの両主面にＡｇ電極ペーストを印刷塗布したのち、
トンネル炉にて８００℃で焼き付ける。これらのユニッ
トについて、１００℃のオイル中で６００Ｖの電圧を３
０分間印加することによって、厚み方向に分極処理を行
う。そののち、エポキシ樹脂を用いて、各ユニットどう
しを接着し、貼り付けられたユニットの一端の電極部分
にリード線をはんだ付けすることによって、圧電アクチ
ュエータ１０が作製される。Single-component PZT single plate (30 mm × 5 mm × 0.2 m) containing Pb (Ni, Nb) O 3 as the third component
Prepare 2 or 3 or more m). Then, after applying Ag electrode paste by printing on both main surfaces of each unit,
Bake at 800 ° C in a tunnel furnace. For these units, apply a voltage of 600 V in oil at 100 ° C to 3
A polarization treatment is performed in the thickness direction by applying the voltage for 0 minutes. After that, each unit is adhered to each other using an epoxy resin, and a lead wire is soldered to an electrode portion at one end of the adhered unit, whereby the piezoelectric actuator 10 is manufactured.
【００２０】この実施例では、図１に示すように、圧電
アクチュエータ１０に駆動電圧Ｖdが印加されるにあた
り、電極１６ａおよび１６ｂ間に適当なバイアス電圧Ｖ
a1が加えられ、電極１４および電極１６ｂ間に適当なバ
イアス電圧Ｖa2が加えられる。In this embodiment, as shown in FIG. 1, when the driving voltage V d is applied to the piezoelectric actuator 10, an appropriate bias voltage V V is applied between the electrodes 16a and 16b.
a1 is applied and a suitable bias voltage V a2 is applied between electrodes 14 and 16b.
【００２１】以下に、バイアス電圧の選び方について述
べる。The method of selecting the bias voltage will be described below.
【００２２】圧電体基板１２ａおよび１２ｂに使用する
材料について、図２に示すようなユニモルフ駆動での変
位特性を測定する。そして、その測定結果から、最も線
形性の高い領域や変位量が最も大きくなる領域など、そ
の使用目的に合わせて、その領域の電圧値をバイアス電
圧値として任意に選べばよい。電極１６ａおよび１６ｂ
のそれぞれに印加されるバイアス電圧の絶対値は、異な
っていても何ら問題はない。また、印加されるバイアス
電圧値の正負についても特に限定されるものではない。
ただし、バイアス電圧によって圧電体基板１２ａおよび
１２ｂ内に印加される電界の方向が分極方向と反対とな
る場合には、その電界が抗電界強度を超えないように、
バイアス電圧値を選ばなければならない。With respect to the materials used for the piezoelectric substrates 12a and 12b, displacement characteristics in unimorph drive as shown in FIG. 2 are measured. Then, from the measurement result, the voltage value of the region such as the region having the highest linearity or the region having the largest displacement amount may be arbitrarily selected as the bias voltage value according to the purpose of use. Electrodes 16a and 16b
There is no problem even if the absolute value of the bias voltage applied to each of them is different. Further, the positive / negative of the applied bias voltage value is not particularly limited.
However, when the direction of the electric field applied to the piezoelectric substrates 12a and 12b is opposite to the polarization direction due to the bias voltage, the electric field should not exceed the coercive electric field strength.
A bias voltage value must be chosen.
【００２３】次に、圧電アクチュエータ１０の変位特性
の測定方法について説明する。Next, a method of measuring the displacement characteristic of the piezoelectric actuator 10 will be described.
【００２４】圧電アクチュエータ１０において、リード
線をはんだ付けした方の端が固定（ただし、有効長さ２
５ｍｍ）される。さらに、両最外の電極１６ａおよび１
６ｂにバイアス電圧が印加され、内部の電極１４に周波
数１Ｈｚの交流電圧が印加されることによって、圧電ア
クチュエータ１０は駆動される。そして、圧電アクチュ
エータ１０における固定されていない方の端の先端変位
が、非接触式光学変位計によって測定される。In the piezoelectric actuator 10, the end to which the lead wire is soldered is fixed (however, the effective length is 2
5 mm). Furthermore, both outermost electrodes 16a and 1
The piezoelectric actuator 10 is driven by applying a bias voltage to 6b and applying an AC voltage having a frequency of 1 Hz to the internal electrode 14. Then, the tip displacement of the non-fixed end of the piezoelectric actuator 10 is measured by the non-contact optical displacement meter.
【００２５】この実施例で用いた圧電材料の抗電界強度
は５００Ｖ／ｍｍであり、圧電ｄ31定数は３００ｐＣ／
Ｎ程度である。The piezoelectric material used in this example has a coercive electric field strength of 500 V / mm and a piezoelectric d 31 constant of 300 pC / mm.
It is about N.
【００２６】図３はこの発明にかかる駆動方法および従
来の駆動方法でそれぞれ駆動したときのパラレル型バイ
モルフアクチュエータの変位特性を示すグラフである。
図３において、曲線（Ｃ）は、この発明にかかるパラレ
ル型バイモルフアクチュエータで、バイアス電圧Ｖa1＝
−２００Ｖ，バイアス電圧Ｖa2＝−１００Ｖのときの変
位特性を示す。また、曲線（Ｄ）は、従来のパラレル型
バイモルフアクチュエータの変位特性を示す。さらに、
曲線（Ｅ）は、この発明にかかるパラレル型バイモルフ
アクチュエータで、バイアス電圧Ｖa1＝１００Ｖ，バイ
アス電圧Ｖa2＝５０Ｖのときの変位特性を示す。FIG. 3 is a graph showing the displacement characteristics of the parallel type bimorph actuator when driven by the driving method according to the present invention and the conventional driving method.
In FIG. 3, a curve (C) is a parallel type bimorph actuator according to the present invention, and the bias voltage V a1 =
The displacement characteristics when −200 V and bias voltage V a2 = −100 V are shown. Curve (D) shows the displacement characteristic of the conventional parallel bimorph actuator. further,
A curve (E) shows the displacement characteristic when the bias voltage V a1 = 100 V and the bias voltage V a2 = 50 V in the parallel type bimorph actuator according to the present invention.
【００２７】図３の曲線（Ｃ）から明らかなように、こ
の発明にかかる駆動方法によれば、バイアス電圧値を適
当に設定することによって、線形性が高く、最終到達変
位量が大きなアクチュエータを得ることができる。ま
た、図３の曲線（Ｅ）から明らかなように、使用目的に
よっては、最終到達変位量は小さいものの、小さい電圧
でより大きく変位する圧電ｄ定数の大きなアクチュエー
タとすることもできる。As is clear from the curve (C) in FIG. 3, according to the driving method of the present invention, by appropriately setting the bias voltage value, an actuator with high linearity and a large final displacement can be obtained. Obtainable. Further, as is clear from the curve (E) in FIG. 3, an actuator having a large piezoelectric d constant, which is large in displacement at a small voltage, can be used depending on the purpose of use, although the final displacement amount is small.
【００２８】すなわち、電極１６ａおよび１６ｂ間に予
めバイアス電圧を印加しておいた状態で駆動電圧を印加
することによって、従来のように低電圧域で変位量が小
さく、電圧値を大きくしていくにつれて、非線形的に変
位量が大きくなるような変位特性ではなく、印加電圧に
対する変位量の線形性を非常に高くすることができる。
また、こうしたパラレル型の圧電アクチュエータでは、
抗電界強度によって規定された印加電圧域を広くするこ
とができ、大きな変位量が得られる。このように、この
発明によれば、線形性が高く、大きな変位量を示す変位
特性を有する圧電アクチュエータを提供することができ
る。That is, by applying the drive voltage in a state where the bias voltage is applied between the electrodes 16a and 16b in advance, the displacement amount is small and the voltage value is increased in the low voltage range as in the conventional case. Accordingly, the linearity of the displacement amount with respect to the applied voltage can be made extremely high, instead of the displacement characteristic in which the displacement amount increases non-linearly.
Moreover, in such a parallel type piezoelectric actuator,
The applied voltage range defined by the coercive electric field strength can be widened, and a large amount of displacement can be obtained. As described above, according to the present invention, it is possible to provide a piezoelectric actuator having a high linearity and a displacement characteristic showing a large displacement amount.
【００２９】図４はこの発明の他の実施例を示す図解図
である。この圧電アクチュエータ１０では、圧電体基板
１２ａには、図４に示す方向Ａに、圧電体基板１２ｂに
は、図４に示す方向Ｂに、それぞれ、分極処理が施され
ている。すなわち、圧電体基板１２ａおよび１２ｂに、
互いに逆方向に分極処理が施されている。電極１６ａお
よび１６ｂ間には、可変直流電源２２および電源１８が
接続され、端子１６ｂは接地される。なお、電源１８は
バイアス電圧印加用であり、可変直流電源２２は駆動電
圧印加用である。FIG. 4 is an illustrative view showing another embodiment of the present invention. In this piezoelectric actuator 10, the piezoelectric substrate 12a is polarized in the direction A shown in FIG. 4, and the piezoelectric substrate 12b is polarized in the direction B shown in FIG. That is, on the piezoelectric substrates 12a and 12b,
Polarization processing is performed in opposite directions. A variable DC power supply 22 and a power supply 18 are connected between the electrodes 16a and 16b, and the terminal 16b is grounded. The power supply 18 is for applying a bias voltage, and the variable DC power supply 22 is for applying a drive voltage.
【００３０】この圧電アクチュエータ１０は、バイモル
フアクチュエータであり、シリーズ型と呼ばれ、電極１
６ａおよび１６ｂ間に、駆動電圧が印加されることによ
って、圧電体基板１２ａおよび１２ｂがその厚み方向に
屈曲する。このようにして、このシリーズ型の圧電アク
チュエータ１０は駆動される。This piezoelectric actuator 10 is a bimorph actuator and is called a series type.
By applying a drive voltage between 6a and 16b, the piezoelectric substrates 12a and 12b bend in the thickness direction. In this way, the series type piezoelectric actuator 10 is driven.
【００３１】この実施例では、図４に示すように、圧電
アクチュエータ１０に駆動電圧Ｖdが印加されるにあた
り、電極１６ａおよび１６ｂ間に適当なバイアス電圧Ｖ
a1が加えられる。In this embodiment, as shown in FIG. 4, when the driving voltage V d is applied to the piezoelectric actuator 10, an appropriate bias voltage V V is applied between the electrodes 16a and 16b.
a1 is added.
【００３２】図５はこの発明にかかる駆動方法および従
来の駆動方法でそれぞれ駆動したときのシリーズ型バイ
モルフアクチュエータの変位特性を示すグラフである。
図５において、曲線（Ｆ）は、この発明にかかるシリー
ズ型バイモルフアクチュエータで、バイアス電圧Ｖa1＝
２００Ｖのときの変位特性を示す。また、曲線（Ｇ）
は、従来のシリーズ型バイモルフアクチュエータの変位
特性を示す。FIG. 5 is a graph showing displacement characteristics of the series type bimorph actuator when driven by the driving method according to the present invention and the conventional driving method.
In FIG. 5, a curve (F) is a series type bimorph actuator according to the present invention, and the bias voltage V a1 =
The displacement characteristic at 200 V is shown. Also, the curve (G)
Shows the displacement characteristics of a conventional series-type bimorph actuator.
【００３３】図５から明らかなように、シリーズ型の圧
電アクチュエータでは、従来の駆動方法でも印加電圧の
許容範囲は抗電界強度の制約を受けないため、パラレル
型の圧電アクチュエータのように、この発明にかかる駆
動方法によって、最終到達変位を大きくすることはでき
ない。しかし、この発明にかかる駆動方法によれば、バ
イアス電圧値を適当に設定することによって、線形性が
高いアクチュエータを得ることができる。As is apparent from FIG. 5, in the series type piezoelectric actuator, the allowable range of the applied voltage is not restricted by the coercive electric field strength even with the conventional driving method. The final displacement cannot be increased by the driving method according to the above. However, according to the driving method of the present invention, an actuator having high linearity can be obtained by appropriately setting the bias voltage value.
【００３４】図６はこの発明のさらに他の実施例を示す
図解図である。この実施例では、圧電アクチュエータ１
０は、積層される３つの圧電体基板１２ａ，１２ｂおよ
び１２ｃを含む。圧電体基板１２ａおよび１２ｃには、
それぞれ、図６に示す方向Ａに分極処理が施されてい
る。すなわち、圧電体基板１２ａおよび１２ｃには、同
じ厚み方向に分極処理が施されている。また、圧電体基
板１２ａおよび１２ｂ間には、電極１４ａが形成され、
圧電体基板１２ｂおよび１２ｃ間には、電極１４ｂが形
成される。さらに、圧電体基板１２ａにおける電極１４
ａと反対側の主面には電極１６ａが形成され、圧電体基
板１２ｂにおける電極１４ｂと反対側の主面には電極１
６ｂが形成される。電極１６ａおよび１６ｂ間には、電
源１８が接続され、電極１６ｂは接地される。電極１４
ａおよび電極１４ｂと、電極１６ｂとの間には、可変直
流電源２２および電源２０が接続される。なお、電源１
８および電源２０はバイアス電圧印加用であり、可変直
流電源２２は駆動電圧印加用である。FIG. 6 is an illustrative view showing still another embodiment of the present invention. In this embodiment, the piezoelectric actuator 1
0 includes three piezoelectric substrates 12a, 12b and 12c that are stacked. On the piezoelectric substrates 12a and 12c,
Each of them is polarized in the direction A shown in FIG. That is, the piezoelectric substrates 12a and 12c are polarized in the same thickness direction. An electrode 14a is formed between the piezoelectric substrates 12a and 12b,
An electrode 14b is formed between the piezoelectric substrates 12b and 12c. Further, the electrode 14 on the piezoelectric substrate 12a
The electrode 16a is formed on the main surface on the side opposite to a, and the electrode 16a is formed on the main surface on the side opposite to the electrode 14b on the piezoelectric substrate 12b.
6b is formed. A power supply 18 is connected between the electrodes 16a and 16b, and the electrode 16b is grounded. Electrode 14
The variable DC power source 22 and the power source 20 are connected between the a and the electrode 14b and the electrode 16b. In addition, power supply 1
8 and the power source 20 are for applying a bias voltage, and the variable DC power source 22 is for applying a driving voltage.
【００３５】この圧電アクチュエータ１０は、マルチモ
ルフアクチュエータであり、パラレル型と呼ばれ、電極
１６ａおよび電極１４ａ間と、電極１６ｂおよび電極１
４ｂ間とに、それぞれ駆動電圧が印加されることによっ
て、圧電体基板１２ａおよび１２ｃがその厚み方向に屈
曲する。このようにして、このパラレル型の圧電アクチ
ュエータ１０は駆動される。This piezoelectric actuator 10 is a multimorph actuator and is called a parallel type. It is between the electrodes 16a and 14a, and between the electrodes 16b and 1.
The piezoelectric substrates 12a and 12c are bent in the thickness direction by applying a driving voltage to each of the portions 4b. In this way, the parallel type piezoelectric actuator 10 is driven.
【００３６】この実施例では、図６に示すように、圧電
アクチュエータ１０に駆動電圧Ｖdが印加されるにあた
り、電極１６ａおよび１６ｂ間に適当なバイアス電圧Ｖ
a1が加えられ、電極１４ａおよび電極１６ｂ間に適当な
バイアス電圧Ｖa2が加えられる。In this embodiment, as shown in FIG. 6, when the driving voltage V d is applied to the piezoelectric actuator 10, a suitable bias voltage V is applied between the electrodes 16a and 16b.
a1 is applied and a suitable bias voltage V a2 is applied between the electrodes 14a and 16b.
【００３７】図７は図６に示す実施例の変形例を示す図
解図である。この圧電アクチュエータ１０では、圧電体
基板１２ａには、図７に示す方向Ａに、圧電体基板１２
ｃには、図７に示す方向Ｂに、それぞれ、分極処理が施
されている。すなわち、圧電体基板１２ａおよび１２ｃ
に、互いに逆方向に分極処理が施されている。電極１６
ａおよび１６ｂ間には、可変直流電源２２および電源１
８が接続され、電極１６ｂは接地される。また、電極１
４ａおよび１４ｂは接続される。FIG. 7 is an illustrative view showing a modification of the embodiment shown in FIG. In this piezoelectric actuator 10, the piezoelectric substrate 12a is arranged in the direction A shown in FIG.
Polarization treatment is applied to each of c in the direction B shown in FIG. That is, the piezoelectric substrates 12a and 12c
Are polarized in opposite directions. Electrode 16
Variable DC power supply 22 and power supply 1 are provided between a and 16b.
8 is connected, and the electrode 16b is grounded. Also, the electrode 1
4a and 14b are connected.
【００３８】この圧電アクチュエータ１０は、マルチモ
ルフアクチュエータであり、シリーズ型と呼ばれ、電極
１６ａおよび１６ｂ間に、駆動電圧が印加されることに
よって、圧電体基板１２ａおよび１２ｃがその厚み方向
に屈曲する。このようにして、このシリーズ型の圧電ア
クチュエータ１０は駆動される。This piezoelectric actuator 10 is a multimorph actuator and is called a series type. When a driving voltage is applied between the electrodes 16a and 16b, the piezoelectric substrates 12a and 12c bend in the thickness direction. . In this way, the series type piezoelectric actuator 10 is driven.
【００３９】この実施例では、図７に示すように、圧電
アクチュエータ１０に駆動電圧Ｖdが印加されるにあた
り、電極１６ａおよび１６ｂ間に適当なバイアス電圧Ｖ
a1が加えられる。In this embodiment, as shown in FIG. 7, when the drive voltage V d is applied to the piezoelectric actuator 10, a suitable bias voltage V is applied between the electrodes 16a and 16b.
a1 is added.
【００４０】図６に示す実施例および図７に示す実施例
のような３層のマルチモルフアクチュエータにおいて
も、図１に示す実施例および図４に示す実施例のような
バイモルフアクチュエータと同様の結果が得られる。ま
た、４層以上の圧電アクチュエータにおいても、図１に
示す実施例および図４に示す実施例のようなバイモルフ
アクチュエータと同様の結果が得られる。Also in the three-layer multimorph actuator as in the embodiment shown in FIG. 6 and the embodiment shown in FIG. 7, the same result as the bimorph actuator like the embodiment shown in FIG. 1 and the embodiment shown in FIG. 4 is obtained. Is obtained. Further, in the piezoelectric actuator having four or more layers, the same results as those of the bimorph actuator as in the embodiment shown in FIG. 1 and the embodiment shown in FIG. 4 can be obtained.
【００４１】図８はこの発明の別の実施例を示す図解図
である。この実施例では、圧電体基板１２ａおよび１２
ｂ間に、シム２４が形成される。この実施例のように、
図１に示す実施例における電極１４の代わりに、シム２
４を用いてもよい。FIG. 8 is an illustrative view showing another embodiment of the present invention. In this embodiment, the piezoelectric substrates 12a and 12 are
Shims 24 are formed between b. As in this example,
Instead of the electrode 14 in the embodiment shown in FIG.
4 may be used.
【００４２】図９はこの発明のさらに別の実施例を示す
図解図である。この圧電アクチュエータ１０では、圧電
体基板１２ｂに、図９に示す方向Ａに分極処理が施され
ている。電極１４および電極１６ｂ間には、可変直流電
源２２および電源１８が接続され、電極１６ｂは接地さ
れる。なお、電源１８はバイアス電圧印加用であり、可
変直流電源２２は駆動電圧印加用である。FIG. 9 is an illustrative view showing still another embodiment of the present invention. In this piezoelectric actuator 10, the piezoelectric substrate 12b is polarized in the direction A shown in FIG. A variable DC power supply 22 and a power supply 18 are connected between the electrode 14 and the electrode 16b, and the electrode 16b is grounded. The power supply 18 is for applying a bias voltage, and the variable DC power supply 22 is for applying a drive voltage.
【００４３】この圧電アクチュエータ１０は、ユニモル
フアクチュエータであり、電極１４ａおよび１６ｂ間
に、駆動電圧が印加されることによって、圧電体基板１
２ｂがその厚み方向に屈曲する。このようにして、この
圧電アクチュエータ１０は駆動される。This piezoelectric actuator 10 is a unimorph actuator, and a piezoelectric substrate 1 is produced by applying a drive voltage between the electrodes 14a and 16b.
2b bends in the thickness direction. In this way, the piezoelectric actuator 10 is driven.
【００４４】図９に示す実施例のようなユニモルフアク
チュエータにおいても、通常は０Ｖとしておく電極１４
ａに正のバイアス電圧Ｖa1を適当に印加しておくことに
よって、駆動電圧Ｖd に対する変位量の線形性を向上さ
せることができる。Also in the unimorph actuator as in the embodiment shown in FIG. 9, the electrode 14 normally set to 0V is used.
By appropriately applying the positive bias voltage V a1 to a, the linearity of the displacement amount with respect to the drive voltage V d can be improved.
【図１】この発明の一実施例を示す図解図である。FIG. 1 is an illustrative view showing one embodiment of the present invention.
【図２】圧電体基板に使用する材料についてのユニモル
フ駆動での変位特性を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing displacement characteristics of a material used for a piezoelectric substrate in unimorph drive.
【図３】この発明にかかる駆動方法および従来の駆動方
法でそれぞれ駆動したときのパラレル型バイモルフアク
チュエータの変位特性を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing displacement characteristics of a parallel type bimorph actuator when driven by a driving method according to the present invention and a conventional driving method.
【図４】この発明の他の実施例を示す図解図である。FIG. 4 is an illustrative view showing another embodiment of the present invention.
【図５】この発明にかかる駆動方法および従来の駆動方
法でそれぞれ駆動したときのシリーズ型バイモルフアク
チュエータの変位特性を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing displacement characteristics of a series-type bimorph actuator when driven by a driving method according to the present invention and a conventional driving method.
【図６】この発明のさらに他の実施例を示す図解図であ
る。FIG. 6 is an illustrative view showing still another embodiment of the present invention.
【図７】図６に示す実施例の変形例を示す図解図であ
る。FIG. 7 is an illustrative view showing a modified example of the embodiment shown in FIG.
【図８】この発明の別の実施例を示す図解図である。FIG. 8 is an illustrative view showing another embodiment of the present invention.
【図９】この発明のさらに別の実施例を示す図解図であ
る。FIG. 9 is an illustrative view showing still another embodiment of the present invention.
【図１０】従来の圧電アクチュエータの駆動方法の一例
を示す図解図である。FIG. 10 is an illustrative view showing one example of a conventional piezoelectric actuator driving method.
【図１１】従来の圧電アクチュエータの駆動方法の他の
例を示す図解図である。FIG. 11 is an illustrative view showing another example of the driving method of the conventional piezoelectric actuator.
【図１２】従来の圧電アクチュエータの変位特性の一例
を示すグラフである。FIG. 12 is a graph showing an example of displacement characteristics of a conventional piezoelectric actuator.
１０ 圧電アクチュエータ １２ａ，１２ｂ，１２ｃ 圧電体基板 Ｖd 駆動電圧 Ｖa1，Ｖa2 バイアス電圧10 Piezoelectric actuators 12a, 12b, 12c Piezoelectric substrate Vd drive voltage Va1 , Va2 bias voltage
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伴 野 国 三 郎 京都府長岡京市天神２丁目26番10号 株式 会社村田製作所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Kunizaburo Banno 2-26-10 Tenjin Tenjin, Nagaokakyo-shi, Kyoto Murata Manufacturing Co., Ltd.
Claims (1)
クチュエータにバイアス電圧を印加する工程、および前
記圧電アクチュエータに駆動電圧を印加して、前記圧電
体基板を屈曲させる工程を含む、圧電アクチュエータの
駆動方法。1. A piezoelectric actuator comprising: a step of applying a bias voltage to a piezoelectric actuator including a polarized piezoelectric substrate; and a step of applying a drive voltage to the piezoelectric actuator to bend the piezoelectric substrate. Driving method.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5040524A JPH06232469A (en) | 1993-02-03 | 1993-02-03 | Driving method of piezoelectric actuator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5040524A JPH06232469A (en) | 1993-02-03 | 1993-02-03 | Driving method of piezoelectric actuator |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06232469A true JPH06232469A (en) | 1994-08-19 |
Family
ID=12582889
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5040524A Pending JPH06232469A (en) | 1993-02-03 | 1993-02-03 | Driving method of piezoelectric actuator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06232469A (en) |
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-
1993
- 1993-02-03 JP JP5040524A patent/JPH06232469A/en active Pending
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