JP2021194638A - Driving method, driving circuit and displacement driving device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、誘電体素子の駆動方法、駆動回路及び変位駆動装置に関する。 The present invention relates to a method for driving a dielectric element, a drive circuit, and a displacement drive device.
電装用タッチパネルに代表される触覚技術を用いたパネル等において、パネル上にあたかもボタンがあるように感じる技術や、運転中にパネルを目視することなく触覚によりボタンの位置を把握できる技術が注目を集めている。 In panels that use tactile technology such as touch panels for electrical equipment, attention is focused on technology that makes the panel feel as if there is a button on the panel, and technology that allows the position of the button to be grasped by tactile sensation without visually observing the panel while driving. I'm collecting.
これらの技術において触覚を発生させるための振動デバイスには、電磁式の偏心モータやLRA(Linear Resonant Actuator)、圧電アクチュエータ等が用いられている。圧電アクチュエータは応答速度が速い特性から、対応可能な駆動周波数が広く、多彩な触覚を表現できることから、次世代の触覚用モジュール部品として特に注目を集めている(例えば、特許文献1)。 In these techniques, an electromagnetic eccentric motor, an LRA (Linear Resonant Actuator), a piezoelectric actuator, or the like is used as a vibration device for generating a tactile sensation. Piezoelectric actuators are attracting particular attention as next-generation tactile module components because they have a high response speed, a wide range of drive frequencies that can be handled, and can express a variety of tactile sensations (for example, Patent Document 1).
従来、圧電アクチュエータの駆動振幅は電磁式に比べて小さく、駆動振幅を大きくするためには圧電素子の駆動電圧を大きくする必要であった。しかしながら、バイポーラ(双極性)駆動では抗電界の制約があり、駆動電圧振幅を抗電界以上に大きくした場合、脱分極する問題があった。また、分極方向へのユニポーラ(単極性)駆動では、抗電界の影響を受けないものの、駆動電圧振幅を過剰に上げた場合に信頼性を損ねるという問題や、駆動回数に応じて変位が小さくなるという問題があった。 Conventionally, the drive amplitude of the piezoelectric actuator is smaller than that of the electromagnetic type, and it is necessary to increase the drive voltage of the piezoelectric element in order to increase the drive amplitude. However, in bipolar (bipolar) drive, there is a limitation of the coercive electric field, and there is a problem of depolarization when the drive voltage amplitude is made larger than the coercive electric field. In addition, in unipolar drive in the polarization direction, although it is not affected by the coercive electric field, there is a problem that reliability is impaired when the drive voltage amplitude is excessively increased, and the displacement becomes smaller depending on the number of drives. There was a problem.
さらに、圧電材料として代表的なPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)は圧電特性が高い一方で、環境への配慮から鉛を含まない非鉛への置き換えも検討されている。環境面において懸案される。一方、鉛を含まない圧電材料はBiやSb等の規制物質やLi、Ta又はNb等の高価な材料を必要とし、コスト面が問題となる。 Further, while PZT (lead zirconate titanate), which is a typical piezoelectric material, has high piezoelectric characteristics, replacement with lead-free lead-free is being considered in consideration of the environment. It is an environmental concern. On the other hand, the lead-free piezoelectric material requires a regulated substance such as Bi or Sb or an expensive material such as Li, Ta or Nb, which poses a problem in terms of cost.
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、誘電体素子の変位量を、信頼性を損ねない範囲で最大化することが可能な駆動方法、駆動回路及び変位駆動装置を提供することにある。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a drive method, a drive circuit, and a displacement drive device capable of maximizing the displacement amount of the dielectric element within a range that does not impair the reliability. be.
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る駆動方法は、電界誘起歪を発現するセラミックスを介して正極と負極が対向する誘電体素子の、上記正極と上記負極の間に印加され、所定の駆動周波数を有する駆動電圧波形であって、上記駆動電圧波形のうち一方のピーク電圧である第1駆動最大電圧が、0Vと上記駆動周波数における上記セラミックスのブレークダウン電圧の間の電圧であり、上記駆動電圧波形のうち他方のピーク電圧である第2駆動最大電圧が、上記第1駆動最大電圧と反対の極性において上記セラミックスの抗電界の0.1倍と0.8倍の間の電圧である駆動電圧波形を上記正極と上記負極の間に印加する。 In order to achieve the above object, the driving method according to one embodiment of the present invention is applied between the positive electrode and the negative voltage of the dielectric element in which the positive voltage and the negative voltage face each other via ceramics exhibiting an electric field-induced strain. A drive voltage waveform having a predetermined drive frequency, wherein the first drive maximum voltage, which is the peak voltage of one of the drive voltage waveforms, is a voltage between 0 V and the breakdown voltage of the ceramics at the drive frequency. The second drive maximum voltage, which is the other peak voltage of the drive voltage waveform, is a voltage between 0.1 times and 0.8 times the coercive electric field of the ceramics in a polarity opposite to the first drive maximum voltage. The drive voltage waveform is applied between the positive electrode and the negative voltage.
この駆動方法によれば、主に駆動する側とは反対型にも抗電界を超えない範囲で電圧を振ることによって、駆動電圧振幅を大きくすることができ、かつインプリント効果による変特性の低下を防止することが可能となる。したがって、駆動安定性や駆動信頼性を損ねずに、誘電体素子の変位量を最大化することができる。また、この駆動方法では、誘電体素子の材料として電界誘起歪を発現するセラミックス用いることができ、高い圧電性や高い強誘電性を有する材料を用いる必要がないため、環境負荷やコスト負荷を低減することが可能である。 According to this drive method, the drive voltage amplitude can be increased by oscillating a voltage within a range that does not exceed the coercive electric field even in the opposite type to the main drive side, and the variation characteristics due to the imprint effect are reduced. Can be prevented. Therefore, the displacement amount of the dielectric element can be maximized without impairing the drive stability and the drive reliability. Further, in this driving method, ceramics that exhibit electric field-induced strain can be used as the material of the dielectric element, and it is not necessary to use a material having high piezoelectricity or ferroelectricity, so that the environmental load and the cost load are reduced. It is possible to do.
上記セラミックスは、抗電界が1kV/mm未満又はキュリー温度が300℃未満であってもよい。 The ceramics may have a coercive field of less than 1 kV / mm or a Curie temperature of less than 300 ° C.
駆動電圧波形は、正弦波、三角波、ハーバーサイン波、ガウシアン波又はこれらのバースト波であってもよい。 The drive voltage waveform may be a sine wave, a triangular wave, a harbor sine wave, a Gaussian wave, or a burst wave thereof.
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る駆動回路は、電界誘起歪を発現するセラミックスを介して正極と負極が対向する誘電体素子の、上記正極と上記負極の間に印加され、所定の駆動周波数を有する駆動電圧波形であって、上記駆動電圧波形のうち一方のピーク電圧である第1駆動最大電圧が、0Vと上記駆動周波数における上記セラミックスのブレークダウン電圧の間の電圧であり、上記駆動電圧波形のうち他方のピーク電圧である第2駆動最大電圧が、上記第1駆動最大電圧と反対の極性において上記セラミックスの抗電界の0.1倍と0.8倍の間の電圧である駆動電圧波形を生成し、上記正極と上記負極の間に印加する。 In order to achieve the above object, the drive circuit according to one embodiment of the present invention is applied between the positive electrode and the negative voltage of the dielectric element in which the positive voltage and the negative voltage face each other via ceramics exhibiting an electric field-induced strain. A drive voltage waveform having a predetermined drive frequency, wherein the first drive maximum voltage, which is the peak voltage of one of the drive voltage waveforms, is a voltage between 0 V and the breakdown voltage of the ceramics at the drive frequency. The second drive maximum voltage, which is the other peak voltage of the drive voltage waveform, is a voltage between 0.1 times and 0.8 times the coercive electric field of the ceramics in a polarity opposite to the first drive maximum voltage. The drive voltage waveform is generated and applied between the positive electrode and the negative voltage.
上記セラミックスは、抗電界が1kV/mm未満又はキュリー温度が300℃未満であってもよい。 The ceramics may have a coercive field of less than 1 kV / mm or a Curie temperature of less than 300 ° C.
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る変位駆動装置は、誘電体素子と、駆動対象物と、駆動回路とを具備する。
上記誘電体素子は、電界誘起歪を発現するセラミックスを介して正極と負極が対向する。
上記駆動対象物は、上記誘電体素子が接合されている。
上記駆動回路は、上記正極と上記負極の間に印加され、所定の駆動周波数を有する駆動電圧波形であって、上記駆動電圧波形のうち一方のピーク電圧である第1駆動最大電圧が、0Vと上記駆動周波数における上記セラミックスのブレークダウン電圧の間の電圧であり、上記駆動電圧波形のうち他方のピーク電圧である第2駆動最大電圧が、上記第1駆動最大電圧と反対の極性において上記セラミックスの抗電界の0.1倍と0.8倍の間の電圧である駆動電圧波形を生成し、上記正極と上記負極の間に印加する。
In order to achieve the above object, the displacement drive device according to one embodiment of the present invention includes a dielectric element, a drive object, and a drive circuit.
In the dielectric element, the positive electrode and the negative electrode face each other via ceramics that exhibit electric field-induced strain.
The dielectric element is bonded to the driving object.
The drive circuit is a drive voltage waveform that is applied between the positive and negative electrodes and has a predetermined drive frequency, and the first drive maximum voltage, which is the peak voltage of one of the drive voltage waveforms, is 0 V. The voltage during the breakdown voltage of the ceramics at the drive frequency, and the second drive maximum voltage, which is the other peak voltage of the drive voltage waveform, has the polarity opposite to that of the first drive maximum voltage of the ceramics. A drive voltage waveform, which is a voltage between 0.1 and 0.8 times the coercive voltage, is generated and applied between the positive and negative electrodes.
上記セラミックスは、抗電界が1kV/mm未満又はキュリー温度が300℃未満であってもよい。 The ceramics may have a coercive field of less than 1 kV / mm or a Curie temperature of less than 300 ° C.
上記誘電体素子及び上記駆動対象物はアクチュエータを構成してもよい。 The dielectric element and the driving object may form an actuator.
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る駆動方法は、圧電材料からなる圧電体を介して正極と負極が対向する圧電素子の、上記正極と上記負極の間に印加され、所定の駆動周波数を有する駆動電圧波形であって、上記駆動電圧波形のうち一方のピーク電圧である第1駆動最大電圧が、0Vと上記駆動周波数における上記圧電体のブレークダウン電圧の間の電圧であり、上記駆動電圧波形のうち他方のピーク電圧である第2駆動最大電圧が、上記第1駆動最大電圧と反対の極性において上記圧電材料の抗電界の0.1倍と0.8倍の間の電圧である駆動電圧波形を上記正極と上記負極の間に印加する。 In order to achieve the above object, the driving method according to one embodiment of the present invention is applied between the positive electrode and the negative voltage of a piezoelectric element in which the positive voltage and the negative voltage face each other via a piezoelectric material made of a piezoelectric material, and is predetermined. A drive voltage waveform having a drive frequency, wherein the first drive maximum voltage, which is the peak voltage of one of the drive voltage waveforms, is a voltage between 0 V and the breakdown voltage of the piezoelectric body at the drive frequency. The second drive maximum voltage, which is the other peak voltage of the drive voltage waveform, is a voltage between 0.1 times and 0.8 times the coercive electric field of the piezoelectric material in a polarity opposite to the first drive maximum voltage. The drive voltage waveform is applied between the positive electrode and the negative electrode.
駆動電圧波形は、正弦波、三角波、ハーバーサイン波、ガウシアン波又はこれらのバースト波であってもよい。 The drive voltage waveform may be a sine wave, a triangular wave, a harbor sine wave, a Gaussian wave, or a burst wave thereof.
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る駆動回路は、圧電材料からなる圧電体を介して正極と負極が対向する圧電素子の、上記正極と上記負極の間に印加され、所定の駆動周波数を有する駆動電圧波形であって、上記駆動電圧波形のうち一方のピーク電圧である第1駆動最大電圧が、0Vと上記駆動周波数における上記圧電体のブレークダウン電圧の間の電圧であり、上記駆動電圧波形のうち他方のピーク電圧である第2駆動最大電圧が、上記第1駆動最大電圧と反対の極性において上記圧電材料の抗電界の0.1倍と0.8倍の間の電圧である駆動電圧波形を生成し、上記正極と上記負極の間に印加する。 In order to achieve the above object, the drive circuit according to one embodiment of the present invention is applied between the positive voltage and the negative voltage of the piezoelectric element in which the positive voltage and the negative voltage face each other via a piezoelectric material made of a piezoelectric material, and is predetermined. A drive voltage waveform having a drive frequency, wherein the first drive maximum voltage, which is the peak voltage of one of the drive voltage waveforms, is a voltage between 0 V and the breakdown voltage of the piezoelectric body at the drive frequency. The second drive maximum voltage, which is the other peak voltage of the drive voltage waveform, is a voltage between 0.1 times and 0.8 times the coercive electric field of the piezoelectric material in a polarity opposite to the first drive maximum voltage. The drive voltage waveform is generated and applied between the positive electrode and the negative voltage.
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る変位駆動装置は、圧電素子と、振動体と、駆動回路とを具備する。
上記圧電素子は、圧電材料からなる圧電体を介して正極と負極が対向する。
上記振動体は、上記圧電素子が接合されている。
上記駆動回路は、上記正極と上記負極の間に印加され、所定の駆動周波数を有する駆動電圧波形であって、上記駆動電圧波形のうち一方のピーク電圧である第1駆動最大電圧が、0Vと上記駆動周波数における上記圧電体のブレークダウン電圧の間の電圧であり、上記駆動電圧波形のうち他方のピーク電圧である第2駆動最大電圧が、上記第1駆動最大電圧と反対の極性において上記圧電材料の抗電界の0.1倍と0.8倍の間の電圧である駆動電圧波形を生成し、上記正極と上記負極の間に印加する。
In order to achieve the above object, the displacement drive device according to one embodiment of the present invention includes a piezoelectric element, a vibrating body, and a drive circuit.
In the piezoelectric element, the positive electrode and the negative electrode face each other via a piezoelectric body made of a piezoelectric material.
The piezoelectric element is joined to the vibrating body.
The drive circuit is a drive voltage waveform that is applied between the positive and negative electrodes and has a predetermined drive frequency, and the first drive maximum voltage, which is the peak voltage of one of the drive voltage waveforms, is 0 V. The second drive maximum voltage, which is the voltage between the breakdown voltage of the piezoelectric body at the drive frequency and is the other peak voltage of the drive voltage waveform, has the same polarity as the first drive maximum voltage. A drive voltage waveform, which is a voltage between 0.1 and 0.8 times the coercive voltage of the material, is generated and applied between the positive and negative electrodes.
上記圧電素子及び上記振動体は圧電アクチュエータを構成し、上記振動体の振動により、上記振動体に触覚を発生させてもよい。 The piezoelectric element and the vibrating body form a piezoelectric actuator, and the vibrating body may generate a tactile sensation in the vibrating body.
以上のように本発明によれば、誘電体素子の変位量を、信頼性を損ねない範囲で最大化することが可能な駆動方法、駆動回路及び変位駆動装置を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a drive method, a drive circuit, and a displacement drive device capable of maximizing the displacement amount of the dielectric element within a range that does not impair the reliability.
(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態に係る変位駆動装置について説明する。変位駆動装置は振動発生装置を含む。
(First Embodiment)
The displacement drive device according to the first embodiment of the present invention will be described. The displacement drive device includes a vibration generator.
[変位駆動装置の構成]
図1は本実施形態に係る変位駆動装置100の模式図である。同図に示すように、変位駆動装置100は、圧電アクチュエータ101及び駆動回路102を備える。圧電アクチュエータ101は振動体103と圧電素子104から構成されたユニモルフ型圧電アクチュエータである。
[Displacement drive device configuration]
FIG. 1 is a schematic diagram of a
振動体103は、振動体103に触れるユーザに触覚を提示する。振動体103は金属、ガラス又は樹脂材料等からなる板状の部材とすることができ、例えば、液晶パネルや電子機器の筐体等である。振動体103の形状やサイズは特に限定されない。
The vibrating
圧電素子104は、振動体103に接合され、振動を発生させる。図2は圧電素子104の断面図である。同図に示すように圧電素子104は、圧電体111、正極112及び負極113を備える。圧電体111はPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)等の圧電材料からなる。
The
正極112は、正極内部電極114及び正極外部電極115を備える。正極内部電極114は導電性材料からなり、圧電体111中に複数層が設けられている。正極外部電極115は導電性材料からなり、圧電体111の表面に形成され、正極内部電極114と接続されている。
The
負極113は、負極内部電極116及び負極外部電極117を備える。負極内部電極116は導電性材料からなり、圧電体111中に複数層が設けられている。負極外部電極117は導電性材料からなり、圧電体111の表面に形成され、負極内部電極116と接続されている。
The
図2に示すように、正極内部電極114と負極内部電極116は交互に配置され、圧電体111を介して対向する。正極外部電極115及び負極外部電極117は圧電素子104の表面及び裏面において離間して設けられている。図1に示すように正極外部電極115には正極配線105が接続され、正極外部電極115は正極端子として機能する。負極外部電極117には負極配線106が接続され、負極外部電極117は負極端子として機能する。
As shown in FIG. 2, the positive electrode
圧電素子104では、正極112と負極113の間に電圧を印加すると、逆圧電効果により圧電体111に変形が生じ、振動が発生する。圧電素子104は図2に示すように、正極112と負極113を圧電体111を介して交互に積層した積層構造を有するものであってもよく、他の構造を有するものであってもよい。圧電素子104は樹脂等によって振動体103に接合されたものとすることができる。また、圧電素子104は2つ以上が振動体103に接合されてもよい。
In the
駆動回路102は、正極配線105及び負極配線106を介して圧電素子104と接続され、圧電素子104に駆動信号を供給する。具体的には駆動回路102は、後述する駆動電圧波形を生成し、正極112と負極113の間に供給する。
The
変位駆動装置100は以上のような構成を有する。変位駆動装置100は、スマートフォンや触覚機能デバイス等の各種電子機器に搭載することが可能である。
The
[駆動電圧波形について]
駆動回路102が生成する駆動電圧波形について説明する。駆動回路102が生成する駆動電圧波形は、一方のピーク電圧である第1駆動最大電圧が、0Vと駆動周波数における圧電体111のブレークダウン電圧(絶縁破壊電圧)の間の電圧である。また駆動電圧波形のうち他方のピーク電圧である第2駆動最大電圧が、第1駆動最大電圧と反対の極性において圧電材料の抗電界の0.1倍と0.8倍の間の電圧である。
[About drive voltage waveform]
The drive voltage waveform generated by the
図3は、駆動回路102が生成する駆動電圧波形である。図3に示すようにこの駆動電圧波形において一方のピーク電圧と他方のピーク電圧は極性が反対であり、プラス側のピーク電圧を第1駆動最大電圧Vp+とし、マイナス側のピーク電圧を第2駆動最大電圧Vp-とする。
FIG. 3 is a drive voltage waveform generated by the
また、駆動電圧波形の周波数(駆動周波数)における圧電体111のブレークダウン電圧をブレークダウン電圧BVとし、図3に示すようにプラス側のブレークダウン電圧BVをBV+とする。さらに、圧電体111を構成する圧電材料の抗電界を抗電界Ecとする。図3に示すようにプラス側の抗電界Ecを抗電界Ec+とし、マイナス側の抗電界Ecを抗電界Ec-とする。
Further, the breakdown voltage of the
駆動回路102が生成する駆動電圧波形は、第1駆動最大電圧Vp+が0Vより大きく、ブレークダウン電圧BV+未満の電圧である。さらに、第2駆動最大電圧Vp-が抗電界Ec-の0.8倍以上0.1倍以下である。即ち、第1駆動最大電圧Vp+と第2駆動最大電圧Vp-は以下の(式1)及び(式2)を満たす。
The drive voltage waveform generated by the
0V<Vp+<BV+ (式1)
0.8Ec-≦Vp-≦0.1Ec- (式2)
0V <Vp + <BV + (Equation 1)
0.8Ec-≤Vp-≤0.1Ec- (Equation 2)
なお、圧電素子104の変位量を大きくするためにはVp+>Ec+が好適である。
In addition, Vp +> Ec + is suitable for increasing the displacement amount of the
また、図3は分極方向がプラス側(>0V)の駆動電圧波形であるが、分極方向はマイナス側(<0V)であってもよい。図4は、駆動回路102が生成する、分極方向がマイナス側である駆動電圧波形である。
Further, although FIG. 3 shows a drive voltage waveform in which the polarization direction is on the plus side (> 0V), the polarization direction may be on the minus side (<0V). FIG. 4 is a drive voltage waveform generated by the
図4に示すように、この駆動電圧波形においても一方のピーク電圧と他方のピーク電圧は極性が反対であり、マイナス側のピーク電圧を第1駆動最大電圧Vp-とし、プラス側のピーク電圧を第2駆動最大電圧Vp+とする。また、図4に示すようにマイナス側のブレークダウン電圧BVをBV-とする。図4に示すようにプラス側の抗電界Ecを抗電界Ec+とし、マイナス側の抗電界Ecを抗電界Ec-とする。 As shown in FIG. 4, in this drive voltage waveform, the polarities of one peak voltage and the other peak voltage are opposite to each other, the negative peak voltage is the first drive maximum voltage Vp-, and the positive peak voltage is set. The second drive maximum voltage is Vp +. Further, as shown in FIG. 4, the breakdown voltage BV on the negative side is defined as BV−. As shown in FIG. 4, the positive field Ec is defined as the negative field Ec +, and the negative field Ec is defined as the negative field Ec-.
駆動回路102が生成する駆動電圧波形は、第1駆動最大電圧Vp-がブレークダウン電圧BV-より大きく、0V未満である。さらに、第2駆動最大電圧Vp+が抗電界Ec+の0.1倍以上0.8倍以下である。即ち、第1駆動最大電圧Vp-と第2駆動最大電圧Vp+は以下の(式3)及び(式4)を満たす。
In the drive voltage waveform generated by the
BV-<Vp-<0V (式3)
0.1Ec+≦Vp+≦0.8Ec+ (式4)
BV- <Vp- <0V (Equation 3)
0.1Ec + ≤Vp + ≤0.8Ec + (Equation 4)
なお、圧電素子104の変位量を大きくするためにはVp-<Ec-が好適である。
In addition, Vp- <Ec- is suitable for increasing the displacement amount of the
駆動回路102は、図3又は図4に示す駆動電圧波形を生成し、正極配線105及び負極配線106を介して正極112と負極113の間にその駆動電圧波形を供給する。なお、駆動回路102が生成する駆動電圧波形は図3及び図4に示すような正弦波に限られず、第1駆動最大電圧及び第2駆動最大電圧が上記条件を満たすものであればよい。具体的には駆動回路102が生成する駆動電圧波形は、正弦波、三角波、ハーバーサイン波、ガウシアン波又はこれらのバースト波であってもよい。
The
[変位駆動装置による効果]
駆動回路102が生成する駆動電圧波形について、従来の駆動電圧波形との比較の上で説明する。図5は、従来の駆動電圧波形であるバイポーラ駆動の駆動電圧波形を示すグラフである。同図に示すように、バイポーラ駆動においては|Vp+|=|Vp-|であり、脱分極を防止するため|Ec|>|Vp|とする必要がある。このため、圧電材料の抗電界Ecが小さいと駆動電圧振幅Vp-pを大きくできず、圧電アクチュエータの変位を大きくすることができない。
[Effect of displacement drive]
The drive voltage waveform generated by the
また図6は、従来の駆動電圧波形であるユニポーラ駆動の駆動電圧波形を示すグラフである。図6では駆動電圧波形は全体が0Vよりプラス側であるが、全体が0Vよりマイナス側であってもよい。同図に示すように、ユニポーラ駆動においてはプラス側又はマイナス側に偏った電圧により駆動し続けることにより、インプリント効果により駆動時の誘電率が低下し、駆動し続けることにより変位特性が低下する。 Further, FIG. 6 is a graph showing a drive voltage waveform of unipolar drive, which is a conventional drive voltage waveform. In FIG. 6, the entire drive voltage waveform is on the plus side of 0V, but the whole may be on the minus side of 0V. As shown in the figure, in the unipolar drive, the dielectric constant at the time of driving decreases due to the imprint effect by continuing to drive with a voltage biased to the plus side or the minus side, and the displacement characteristic deteriorates by continuing to drive. ..
これに対し、本実施形態に係る駆動回路102が生成する駆動電圧波形(図3及び図4参照)は、主に駆動する側とは反対型にも抗電界Ecを超えない範囲で電圧を振ることによって、駆動電圧振幅Vp-pを大きくすることができ、かつインプリント効果による変特性の低下を防止することが可能となる。したがって、駆動安定性や駆動信頼性を損ねずに、圧電素子104の変位量を最大化することができる。
On the other hand, the drive voltage waveform (see FIGS. 3 and 4) generated by the
なお、上記のように第2駆動最大電圧Vpは抗電界Ecの0.1倍と0.8倍の間の電圧が好適であるが、第2駆動最大電圧Vpが抗電界Ecの0.1倍より小さいと、ユニポーラ駆動と同様にインプリント効果が発生する。また、第2駆動最大電圧Vpが抗電界Ecの0.8倍を超えると脱分極や絶縁性の低下が生じる。したがって、第2駆動最大電圧Vpは抗電界Ecの0.1倍と0.8倍の間の電圧が好適である。 As described above, the second drive maximum voltage Vp is preferably a voltage between 0.1 times and 0.8 times the coercive electric field Ec, but the second drive maximum voltage Vp is 0.1 of the coercive electric field Ec. If it is smaller than twice, the imprint effect will occur as in the case of unipolar drive. Further, when the second drive maximum voltage Vp exceeds 0.8 times the coercive electric field Ec, depolarization and deterioration of the insulating property occur. Therefore, the second drive maximum voltage Vp is preferably a voltage between 0.1 times and 0.8 times the coercive electric field Ec.
(第2の実施形態)
本発明の第2の実施形態に係る変位駆動装置について説明する。変位駆動装置は振動発生装置を含む。
(Second embodiment)
The displacement drive device according to the second embodiment of the present invention will be described. The displacement drive device includes a vibration generator.
[変位駆動装置の構成]
図7は本実施形態に係る変位駆動装置200の模式図である。同図に示すように、変位駆動装置200は、アクチュエータ201及び駆動回路202を備える。アクチュエータ201は駆動対象物203と誘電体素子204から構成されたユニモルフ型圧電アクチュエータである。
[Displacement drive device configuration]
FIG. 7 is a schematic view of the
駆動対象物203は、例えば振動板であり、駆動対象物203に触れるユーザに触覚を提示する。駆動対象物203は金属、ガラス又は樹脂材料等からなる板状の部材とすることができ、例えば、液晶パネルや電子機器の筐体等である。駆動対象物203の形状やサイズは特に限定されない。
The
誘電体素子204は、駆動対象物203に接合され、駆動対象物203を駆動する。誘電体素子204は、例えば駆動対象物203に振動を発生させることができる。図8は誘電体素子204の断面図である。同図に示すように誘電体素子204は、誘電体211、正極212及び負極213を備える。誘電体211は誘電材料からなり、具体的には電界誘起歪を発現するセラミックスからなる。
The
このセラミックスは、電界誘起歪の発現を伴うものであれば、抗電界Ecが1kV/mm未満又はキュリー温度Tcが300℃未満のものであってもよい。このような材料としてはBT(BaTiO3)が挙げられる(実施例参照)。また誘電体211を構成する誘電材料は強誘電体が好適であるが、電界誘起歪の発現を伴う材料であれば常誘電体に近い材料であってもよい。 The ceramics may have a coercive electric field Ec of less than 1 kV / mm or a Curie temperature Tc of less than 300 ° C. as long as they are accompanied by the development of electric field-induced strain. Examples of such a material include BT (BaTIO 3 ) (see Examples). The dielectric material constituting the dielectric 211 is preferably a ferroelectric material, but may be a material close to a normal dielectric as long as it is a material accompanied by the development of electric field-induced strain.
正極212は、正極内部電極214及び正極外部電極215を備える。正極内部電極214は導電性材料からなり、誘電体211中に複数層が設けられている。正極外部電極215は導電性材料からなり、誘電体211の表面に形成され、正極内部電極214と接続されている。
The
負極213は、負極内部電極216及び負極外部電極217を備える。負極内部電極216は導電性材料からなり、誘電体211中に複数層が設けられている。負極外部電極217は導電性材料からなり、誘電体211の表面に形成され、負極内部電極216と接続されている。
The
図8に示すように、正極内部電極214と負極内部電極216は交互に配置され、誘電体211を介して対向する。正極外部電極215及び負極外部電極217は誘電体素子204の表面及び裏面において離間して設けられている。図7に示すように正極外部電極215には正極配線205が接続され、正極外部電極215は正極端子として機能する。負極外部電極217には負極配線206が接続され、負極外部電極217は負極端子として機能する。
As shown in FIG. 8, the positive electrode
誘電体素子204では、正極212と負極213の間に電圧を印加すると、電界誘起歪により誘電体211に変形が生じる。誘電体素子204は図8に示すように、正極212と負極213を誘電体211を介して交互に積層した積層構造を有するものであってもよく、他の構造を有するものであってもよい。誘電体素子204は樹脂等によって駆動対象物203に接合されたものとすることができる。また、誘電体素子204は2つ以上が駆動対象物203に接合されてもよい。
In the
駆動回路202は、正極配線205及び負極配線206を介して圧電素子204と接続され、圧電素子204に駆動信号を供給する。具体的には駆動回路202は、後述する駆動電圧波形を生成し、正極212と負極213の間に供給する。
The
変位駆動装置200は以上のような構成を有する。変位駆動装置200は、スマートフォンや触覚機能デバイス等の各種電子機器に搭載することが可能である。
The
[駆動電圧波形について]
駆動回路202が生成する駆動電圧波形について説明する。駆動回路202が生成する駆動電圧波形は第1の実施形態と同様とすることができる。即ち駆動回路202が生成する駆動電圧波形は、分極方向がプラス側(>0V)の場合上記(式1)及び(式2)を満たし(図3参照)、分極方向がマイナス側(<0V)の場合、上記(式3)及び(式4)を満たす(図4参照)ものとすることができる。
[About drive voltage waveform]
The drive voltage waveform generated by the
駆動回路202は、図3又は図4に示す駆動電圧波形を生成し、正極配線205及び負極配線206を介して正極212と負極213の間にその駆動電圧波形を供給する。なお、駆動回路202が生成する駆動電圧波形は図3及び図4に示すような正弦波に限られず、第1駆動最大電圧及び第2駆動最大電圧が上記条件を満たすものであればよい。具体的には駆動回路202が生成する駆動電圧波形は、正弦波、三角波、ハーバーサイン波、ガウシアン波又はこれらのバースト波であってもよい。
The
[変位駆動装置による効果]
変位駆動装置200では、上記のような駆動電圧波形(図3及び図4参照)を駆動回路202が生成し、誘電体素子204に供給する。第1の実施形態と同様に、主に駆動する側とは反対型にも抗電界Ecを超えない範囲で電圧を振ることによって、駆動電圧振幅Vp-pを大きくすることができ、かつインプリント効果による変特性の低下を防止することが可能となる。したがって、駆動安定性や駆動信頼性を損ねずに、圧電素子204の変位量を最大化することができる。
[Effect of displacement drive]
In the
また、変位駆動装置200では、上記のような駆動電圧波形(図3及び図4参照)を用いることにより、誘電体211を形成する誘電材料の条件を広げることができる。圧電アクチュエータに一般的に必要とされる誘電材料としては、キュリー温度Tcが300℃以上かつ抗電界Ecが1kV/mmであり、耐リフロー性と耐バイポーラ駆動性能を有する材料を用いる必要がある。図9は、圧電アクチュエータに一般的に必要とされる誘電材料のP−Eヒステリシスループの例であり、横軸は電界(P)、縦軸は分極(E)である。
Further, in the
しかしながら変位駆動装置200では、上記のような駆動電圧波形を用いることにより、電界誘起歪の発現を伴う材料であれば、抗電界Ecが1kV/mm未満又はキュリー温度Tcが300℃未満のセラミックスを誘電体211の材料として用いることが可能となる。また、誘電体211の材料は図9に示すような高い強誘電性を必要としない。図10は、誘電体211を構成する誘電材料のP−Eヒステリシスループの例であり、横軸は電界(P)、縦軸は分極(E)である。
However, in the
一般的に用いられる圧電アクチュエータの誘電材料では、DC分極による分極処理が必要である。この分極処理では、分極度合いの違い、即ち分極位相の回転度数による差異が生じやすく、変位特性にばらつきが生じやすく、分極度合いを揃えるための複雑な機構を有す分極装置が必要であり、工程コストへの負担も大きい。これに対し、変位駆動装置200では、誘電体211の材料として電界誘起歪の発現を伴うセラミックスを用いることにより、分極処理が不要となる。電解誘起歪は分極の有無に関係なく発現するためである。
The dielectric material of a commonly used piezoelectric actuator requires polarization processing by DC polarization. In this polarization processing, a difference in the degree of polarization, that is, a difference in the degree of rotation of the polarization phase is likely to occur, the displacement characteristics are likely to vary, and a polarization device having a complicated mechanism for making the degree of polarization uniform is required. The burden on costs is also great. On the other hand, in the
このように、誘電体211の材料として電界誘起歪の発現を伴うセラミックスを用いると、未分極であることを前提とするため、抗電界Ecが高い必要がない。また、脱分極の概念もないため、製造工程で高温に晒されてもなんら問題なく、キュリー温度Tcが300℃未満であっても問題がない。なお、圧電素子204においても性能検査等のために予備分極を実施してもよい。
As described above, when ceramics accompanied by the development of electric field-induced strain are used as the material of the dielectric 211, it is premised that they are unpolarized, so that the coercive electric field Ec does not need to be high. Further, since there is no concept of depolarization, there is no problem even if it is exposed to a high temperature in the manufacturing process, and there is no problem even if the Curie temperature Tc is less than 300 ° C. The
以上のように、変位駆動装置200では、誘電体211の材料として高い圧電性や高い強誘電性を有しない材料を用いることができ、圧電アクチュエータに一般的に必要とされる誘電材料よりも環境負荷やコスト負荷が少ない誘電材料を選択することが可能である。さらに、誘電体素子204は分極処理を必要としないため、複雑で効果な分極装置や分極処理工程が不要となり、生産タクトの向上や生産設備コストの抑制が可能である。また、分極度合いを確認するための検査も必要としないため、検査工程の削減も可能である。
As described above, in the
上記第1の実施形態に係るユニモルフ型圧電アクチュエータ101(図1参照)を作製した。振動体103はステンレスからなる板であり、長さ40mm、幅15mm、厚み0.3mmである。圧電素子104は長さ30mm、幅15mm、厚み0.3mmとし、振動体103に樹脂接着剤により接合した。圧電体111を構成する圧電材料の抗電界Ecは1.1kV/mmであり、圧電素子104のブレークダウン電圧は9.5kV/mmであった。
The unimorph type piezoelectric actuator 101 (see FIG. 1) according to the first embodiment was manufactured. The vibrating
図11は、圧電アクチュエータの変位計測方法を示す模式図である。同図に示すように、固定基板301上に固定部302及び固定部303を設け、振動体103の両端を固定部302及び固定部303にそれぞれ固定した。振動体103の自由長を自由長Lとして示す。レーザードップラー振動計(LDV)304により、振動体103の中央部(1/2L)のベンディング変位を計測した。下記の[表1]は測定結果を示す表である。
FIG. 11 is a schematic diagram showing a displacement measuring method of the piezoelectric actuator. As shown in the figure, the fixing
実施例1では駆動波形は正弦波、駆動周波数:100Hz、第1駆動最大電圧Vp+:3.5kV/mm、第2駆動最大電圧Vp-:−0.8kV/mm、Vp-p:4.3kV/mmとした。第1駆動最大電圧Vp+は0Vとブレークダウン電圧(9.5kV/mm)の間の電圧である。第2駆動最大電圧Vp-は抗電界Ec-(−1.1kV/mm)の0.1倍と0.8倍の間の電圧である。 In Example 1, the drive waveform is a sine wave, the drive frequency is 100 Hz, the first drive maximum voltage Vp +: 3.5 kV / mm, the second drive maximum voltage Vp-: −0.8 kV / mm, Vp-p: 4. It was set to 3 kV / mm. The first drive maximum voltage Vp + is a voltage between 0 V and the breakdown voltage (9.5 kV / mm). The second drive maximum voltage Vp-is a voltage between 0.1 times and 0.8 times the coercive electric field Ec-(−1.1 kV / mm).
レーザードップラー振動計304による変位計測結果は26.5μmであった。また、40℃90%RHの高湿度下において20Mサイクルの連続駆動の後、変位を計測すると、変位低下率は−1%であり、非常に高い特性安定性が得られた。このように、実施例1では、変位量と特性安定性は共に良好であった。
The displacement measurement result by the
実施例2では駆動波形は正弦波、駆動周波数:100Hz、第1駆動最大電圧Vp+:5kV/mm、第2駆動最大電圧Vp-:−0.8kV/mm、Vp-p:5.8kV/mmとした。第1駆動最大電圧Vp+は0Vとブレークダウン電圧(9.5kV/mm)の間の電圧である。第2駆動最大電圧Vp-は抗電界Ec-(−1.1kV/mm)の0.1倍と0.8倍の間の電圧である。 In the second embodiment, the drive waveform is a sine wave, the drive frequency is 100 Hz, the first drive maximum voltage Vp +: 5 kV / mm, the second drive maximum voltage Vp-: -0.8 kV / mm, Vp-p: 5.8 kV /. It was set to mm. The first drive maximum voltage Vp + is a voltage between 0 V and the breakdown voltage (9.5 kV / mm). The second drive maximum voltage Vp-is a voltage between 0.1 times and 0.8 times the coercive electric field Ec-(−1.1 kV / mm).
レーザードップラー振動計304による変位計測結果は32.8μmであった。また、40℃90%RHの高湿度下において20Mサイクルの連続駆動の後、変位を計測すると、変位低下率は−2%であり、高い特性安定性が得られた。このように、実施例2では、変位量と特性安定性は共に良好であった。
The displacement measurement result by the
実施例3では駆動波形は正弦波、駆動周波数:100Hz、第1駆動最大電圧Vp+:8kV/mm、第2駆動最大電圧Vp-:−0.8kV/mm、Vp-p:8.8kV/mmとした。第1駆動最大電圧Vp+は0Vとブレークダウン電圧(9.5kV/mm)の間の電圧である。第2駆動最大電圧Vp-は抗電界Ec-(−1.1kV/mm)の0.1倍と0.8倍の間の電圧である。 In Example 3, the drive waveform is a sine wave, the drive frequency is 100 Hz, the first drive maximum voltage Vp +: 8 kV / mm, the second drive maximum voltage Vp-: −0.8 kV / mm, Vp-p: 8.8 kV /. It was set to mm. The first drive maximum voltage Vp + is a voltage between 0 V and the breakdown voltage (9.5 kV / mm). The second drive maximum voltage Vp-is a voltage between 0.1 times and 0.8 times the coercive electric field Ec-(−1.1 kV / mm).
レーザードップラー振動計304による変位計測結果は45.4μmであった。また、40℃90%RHの高湿度下において20Mサイクルの連続駆動の後、変位を計測すると、変位低下率は−4%であり、高い特性安定性が得られた。このように、実施例3では、変位量と特性安定性は共に良好であった。
The displacement measurement result by the
比較例1では駆動波形は正弦波、駆動周波数:100Hzである。第1駆動最大電圧Vp+:3.5kV/mm、第2駆動最大電圧Vp-:0kV/mm、Vp-p:3.5kV/mmとした。第1駆動最大電圧Vp+は0Vとブレークダウン電圧(9.5kV/mm)の間の電圧である。第2駆動最大電圧Vp-は抗電界Ec-(−1.1kV/mm)の0.1倍と0.8倍の間の電圧ではなく、0.1倍より大きい電圧である。 In Comparative Example 1, the drive waveform is a sine wave and the drive frequency is 100 Hz. The first drive maximum voltage Vp +: 3.5 kV / mm, the second drive maximum voltage Vp-: 0 kV / mm, and Vp-p: 3.5 kV / mm. The first drive maximum voltage Vp + is a voltage between 0 V and the breakdown voltage (9.5 kV / mm). The second drive maximum voltage Vp-is not a voltage between 0.1 times and 0.8 times the coercive electric field Ec- (−1.1 kV / mm), but a voltage larger than 0.1 times.
レーザードップラー振動計304による変位計測結果は23.1μmであった。また、40℃90%RHの高湿度下において20Mサイクルの連続駆動の後、変位を計測すると、変位低下率は−7%であり、特性安定性は低いものとなった。このように、比較例1では、変位量は良好であったものの、特性安定性は不十分であった。
The displacement measurement result by the
比較例2では駆動波形は正弦波、駆動周波数:100Hzである。第1駆動最大電圧Vp+:1kV/mm、第2駆動最大電圧Vp-:−1kV/mm、Vp-p:2kV/mmとした。第1駆動最大電圧Vp+は0Vとブレークダウン電圧(9.5kV/mm)の間の電圧である。第2駆動最大電圧Vp-は抗電界Ec-(−1.1kV/mm)の0.1倍と0.8倍の間の電圧ではなく、0.8倍より小さい電圧である。 In Comparative Example 2, the drive waveform is a sine wave and the drive frequency is 100 Hz. The first drive maximum voltage Vp +: 1 kV / mm, the second drive maximum voltage Vp-: -1 kV / mm, and Vp-p: 2 kV / mm. The first drive maximum voltage Vp + is a voltage between 0 V and the breakdown voltage (9.5 kV / mm). The second drive maximum voltage Vp-is not a voltage between 0.1 times and 0.8 times the coercive electric field Ec- (−1.1 kV / mm), but a voltage smaller than 0.8 times.
レーザードップラー振動計304による変位計測結果は16.8μmであった。また、40℃90%RHの高湿度下において20Mサイクルの連続駆動の後、変位を計測すると、変位低下率は0%であり、高い特性安定性が得られた。このように、比較例2では、特性安定性は良好であったものの、変位量は不十分であった。
The displacement measurement result by the
比較例3では駆動波形は正弦波、駆動周波数:100Hzである。第1駆動最大電圧Vp+:8kV/mm、第2駆動最大電圧Vp-:0kV/mm、Vp-p:8kV/mmとした。第1駆動最大電圧Vp+は0Vとブレークダウン電圧(9.5kV/mm)の間の電圧である。第2駆動最大電圧Vp-は抗電界Ec-(−1.1kV/mm)の0.1倍と0.8倍の間の電圧ではなく、0.1倍より大きい電圧である。 In Comparative Example 3, the drive waveform is a sine wave and the drive frequency is 100 Hz. The first drive maximum voltage Vp +: 8 kV / mm, the second drive maximum voltage Vp-: 0 kV / mm, and Vp-p: 8 kV / mm. The first drive maximum voltage Vp + is a voltage between 0 V and the breakdown voltage (9.5 kV / mm). The second drive maximum voltage Vp-is not a voltage between 0.1 times and 0.8 times the coercive electric field Ec- (−1.1 kV / mm), but a voltage larger than 0.1 times.
レーザードップラー振動計304による変位計測結果は41.3μmであった。また、40℃90%RHの高湿度下において20Mサイクルの連続駆動の後、変位を計測すると、変位低下率は−12%であり、特性安定性は低いものとなった。このように、比較例3では、変位量は良好であったものの、特性安定性は不十分であった。
The displacement measurement result by the
比較例4では駆動波形は正弦波、駆動周波数:100Hzである。第1駆動最大電圧Vp+:10kV/mm、第2駆動最大電圧Vp-:0kV/mm、Vp-p:10kV/mmとした。第1駆動最大電圧Vp+は0Vとブレークダウン電圧(9.5kV/mm)の間の電圧ではなく、ブレークダウン電圧より大きい電圧である。第2駆動最大電圧Vp-は抗電界Ec-(−1.1kV/mm)の0.1倍と0.8倍の間の電圧ではなく、0.1倍より大きい電圧である。 In Comparative Example 4, the drive waveform is a sine wave and the drive frequency is 100 Hz. The first drive maximum voltage Vp +: 10 kV / mm, the second drive maximum voltage Vp-: 0 kV / mm, and Vp-p: 10 kV / mm. The first drive maximum voltage Vp + is not a voltage between 0 V and the breakdown voltage (9.5 kV / mm), but a voltage larger than the breakdown voltage. The second drive maximum voltage Vp-is not a voltage between 0.1 times and 0.8 times the coercive electric field Ec- (−1.1 kV / mm), but a voltage larger than 0.1 times.
比較例4では圧電体111においてブレークダウンが生じ、レーザードップラー振動計304によって変位が計測されなかった。
In Comparative Example 4, breakdown occurred in the
以上のように実施例1乃至3では変位量と特性安定性の両方が良好となる結果が得られた。一方、比較例1乃至4では、変位量と特性安定性の両方が良好となる結果は得られなかった。したがって、第1駆動最大電圧を0Vとブレークダウン電圧の間の電圧とし、第2駆動最大電圧を抗電界の0.1倍と0.8倍の間の電圧とすることにより、変位量と特性安定性が共に優れる変位駆動装置を実現することが可能である。 As described above, in Examples 1 to 3, both the displacement amount and the characteristic stability were good. On the other hand, in Comparative Examples 1 to 4, the result that both the displacement amount and the characteristic stability were good could not be obtained. Therefore, by setting the first drive maximum voltage to a voltage between 0 V and the breakdown voltage and the second drive maximum voltage to a voltage between 0.1 times and 0.8 times the coercive electric field, the displacement amount and characteristics are set. It is possible to realize a displacement drive device with excellent stability.
上記第2の実施形態に係る誘電体素子204(図8参照)を作製した。誘電体素子204は1層あたり26μmの誘電体を、正極内部電極214及び負極内部電極216を交互に10層積層したものであり、3216形状を有する。各種の誘電材料からなる誘電体素子204を作製し、上記駆動電圧波形(駆動電圧−2V〜+104V、駆動周波数10Hz、図3参照)によって誘電体素子204を駆動した。レーザードップラー振動計を用いて、誘電体素子204上方(Z方向、図8参照)からレーザーを照射し、誘電体素子204の厚み方向(Z方向)における伸縮の変位量を計測した。さらに、分極方向への変位量/電界強度/層数を変位量d33*として算出した。下記の[表2]は誘電体素子204の構成及び測定結果を示す表である。
The dielectric element 204 (see FIG. 8) according to the second embodiment was manufactured. The
上記[表2]における「材料」は各実施例における誘電体素子204の誘電体211を構成する誘電材料である。下記の[表3]は、実施例4及び5に係るBT1の組成と実施例6に係るBT2の組成を示す表である。下記の[表4]は、実施例7に係るLNKN1の組成を示す表である。実施例8に係るPZT1の組成は、PZT−PZN(Pb(Zr1/2Ti1/2)O3−Pb(Zn1/3Nb2/3)O3)である。
The “material” in the above [Table 2] is a dielectric material constituting the dielectric 211 of the
実施例4、7及び8に係る誘電体素子204は25℃、3.5kV/mm、15minの条件で分極し、変位計測を実施した。一方、実施例5及び6に係る誘電体素子204は未分極の状態で変位計測を実施した。
The
上記[表2]に示すように、実施例7に係るLNKN1及び実施例8に係るPZT1は共にキュリー温度Tcが300℃以上、抗電界Ecが1kV/mm以上の材料である。実施例7では変位量d33*は190pm/Vであり、実施例8では変位量d33*は450pm/Vであった。 As shown in [Table 2] above, both LNKN1 according to Example 7 and PZT1 according to Example 8 are materials having a Curie temperature Tc of 300 ° C. or higher and a coercive electric field Ec of 1 kV / mm or higher. In Example 7, the displacement amount d33 * was 190 pm / V, and in Example 8, the displacement amount d33 * was 450 pm / V.
一方、実施例4−6に係るBT1及びBT2は、キュリー温度Tcが300℃未満、抗電界Ecが1kV/mm未満の材料である。実施例4及び5では変位量d33*が370pm/V、実施例6では変位量d33*が390pm/Vであった。したがって、キュリー温度Tcが300℃未満、抗電界Ecが1kV/mm未満の材料であってもキュリー温度Tcが300℃以上、抗電界Ecが1kV/mm以上の材料と比較して遜色のない変位量が得られた。 On the other hand, BT1 and BT2 according to Example 4-6 are materials having a Curie temperature Tc of less than 300 ° C. and a coercive electric field Ec of less than 1 kV / mm. In Examples 4 and 5, the displacement amount d33 * was 370 pm / V, and in Example 6, the displacement amount d33 * was 390 pm / V. Therefore, even if the material has a Curie temperature Tc of less than 300 ° C. and a coercive electric field Ec of less than 1 kV / mm, the displacement is comparable to that of a material having a Curie temperature Tc of 300 ° C. or more and a coercive electric field Ec of 1 kV / mm or more. The amount was obtained.
また、実施例4−6から、誘電体素子204は未分極の状態であっても、分極した状態と同程度の変位量が得られた。したがって、誘電体素子204は分極処理を必要としないものである。
Further, from Example 4-6, even if the
100、200…変位駆動装置
101…圧電アクチュエータ
102、202…駆動回路
103、203…駆動対象物
104…圧電素子
105、205…正極配線
106、206…負極配線
111…圧電体
112、212…正極
113、213…負極
114、214…正極内部電極
115、215…正極外部電極
116、216…負極内部電極
117、217…負極外部電極
201…アクチュエータ
204…誘電体素子
211…誘電体
100, 200 ...
Claims (13)
駆動方法。 A drive voltage waveform applied between the positive electrode and the negative electrode of a dielectric element having a positive electrode and a negative electrode facing each other via ceramics exhibiting an electric field-induced strain and having a predetermined drive frequency, which is a drive voltage waveform of the drive voltage waveform. The first drive maximum voltage, which is the peak voltage of one of them, is the voltage between 0 V and the breakdown voltage of the ceramics at the drive frequency, and the second drive maximum voltage, which is the peak voltage of the other of the drive voltage waveforms. However, a driving method in which a driving voltage waveform, which is a voltage between 0.1 times and 0.8 times the coercive electric field of the ceramics at a polarity opposite to the first driving maximum voltage, is applied between the positive electrode and the negative electrode. ..
前記セラミックスは、抗電界が1kV/mm未満又はキュリー温度が300℃未満である
駆動方法。 The driving method according to claim 1.
The ceramic is a driving method in which the coercive electric field is less than 1 kV / mm or the Curie temperature is less than 300 ° C.
駆動電圧波形は、正弦波、三角波、ハーバーサイン波、ガウシアン波又はこれらのバースト波である
駆動方法。 The driving method according to claim 1 or 2.
The drive voltage waveform is a sine wave, a triangular wave, a harbor sine wave, a Gaussian wave or a burst wave thereof.
駆動回路。 A drive voltage waveform applied between the positive electrode and the negative electrode of a dielectric element having a positive electrode and a negative electrode facing each other via ceramics exhibiting an electric field-induced strain and having a predetermined drive frequency, which is a drive voltage waveform of the drive voltage waveform. The first drive maximum voltage, which is the peak voltage of one of them, is the voltage between 0 V and the breakdown voltage of the ceramics at the drive frequency, and the second drive maximum voltage, which is the peak voltage of the other of the drive voltage waveforms. Generates a drive voltage waveform that is a voltage between 0.1 times and 0.8 times the coercive voltage of the ceramics at a polarity opposite to the first drive maximum voltage, and is applied between the positive electrode and the negative voltage. Drive circuit.
前記セラミックスは、抗電界が1kV/mm未満又はキュリー温度が300℃未満である
駆動回路。 The drive circuit according to claim 4.
The ceramic is a drive circuit having a coercive electric field of less than 1 kV / mm or a Curie temperature of less than 300 ° C.
前記誘電体素子が接合された駆動対象物と、
前記正極と前記負極の間に印加され、所定の駆動周波数を有する駆動電圧波形であって、前記駆動電圧波形のうち一方のピーク電圧である第1駆動最大電圧が、0Vと前記駆動周波数における前記セラミックスのブレークダウン電圧の間の電圧であり、前記駆動電圧波形のうち他方のピーク電圧である第2駆動最大電圧が、前記第1駆動最大電圧と反対の極性において前記セラミックスの抗電界の0.1倍と0.8倍の間の電圧である駆動電圧波形を生成し、前記正極と前記負極の間に印加する駆動回路と
を具備する変位駆動装置。 A dielectric element in which the positive electrode and the negative electrode face each other via ceramics that exhibit electric field-induced strain,
The driving object to which the dielectric element is bonded and the driving object
A drive voltage waveform applied between the positive electrode and the negative electrode and having a predetermined drive frequency, wherein the first drive maximum voltage, which is the peak voltage of one of the drive voltage waveforms, is 0 V and the drive frequency. The second drive maximum voltage, which is the voltage between the breakdown voltage of the ceramics and is the other peak voltage of the drive voltage waveform, has a polarity opposite to the first drive maximum voltage, and the coercive voltage of the ceramics is 0. A displacement drive device comprising a drive circuit that generates a drive voltage waveform that is a voltage between 1 and 0.8 times and applies it between the positive and negative electrodes.
前記セラミックスは、抗電界が1kV/mm未満又はキュリー温度が300℃未満である
変位駆動装置。 The displacement drive device according to claim 6.
The ceramic is a displacement drive device having a coercive electric field of less than 1 kV / mm or a Curie temperature of less than 300 ° C.
前記誘電体素子及び前記駆動対象物はアクチュエータを構成する
変位駆動装置。 The displacement drive device according to claim 6 or 7.
The dielectric element and the driving object are displacement driving devices that constitute an actuator.
駆動方法。 A drive voltage waveform applied between the positive electrode and the negative electrode of a piezoelectric element having a positive electrode and a negative electrode facing each other via a piezoelectric material made of a piezoelectric material and having a predetermined drive frequency, which is one of the drive voltage waveforms. The first drive maximum voltage, which is the peak voltage of, is the voltage between 0 V and the breakdown voltage of the piezoelectric body at the drive frequency, and the second drive maximum voltage, which is the other peak voltage of the drive voltage waveform, is A driving method in which a driving voltage waveform, which is a voltage between 0.1 times and 0.8 times the coercive electric field of the piezoelectric material at a polarity opposite to the first driving maximum voltage, is applied between the positive electrode and the negative electrode. ..
駆動電圧波形は、正弦波、三角波、ハーバーサイン波、ガウシアン波又はこれらのバースト波である The driving method according to claim 9.
The drive voltage waveform is a sine wave, a triangular wave, a harbor sine wave, a Gaussian wave or a burst wave thereof.
駆動回路。 A drive voltage waveform applied between the positive electrode and the negative electrode of a piezoelectric element having a positive electrode and a negative electrode facing each other via a piezoelectric material made of a piezoelectric material and having a predetermined drive frequency, which is one of the drive voltage waveforms. The first drive maximum voltage, which is the peak voltage of, is the voltage between 0 V and the breakdown voltage of the piezoelectric body at the drive frequency, and the second drive maximum voltage, which is the other peak voltage of the drive voltage waveform, is. Generates a drive voltage waveform that is a voltage between 0.1 times and 0.8 times the coercive voltage of the piezoelectric material at a polarity opposite to the first drive maximum voltage, and applies it between the positive electrode and the negative voltage. Drive circuit.
前記圧電素子が接合された振動体と、
前記正極と前記負極の間に印加され、所定の駆動周波数を有する駆動電圧波形であって、前記駆動電圧波形のうち一方のピーク電圧である第1駆動最大電圧が、0Vと前記駆動周波数における前記圧電体のブレークダウン電圧の間の電圧であり、前記駆動電圧波形のうち他方のピーク電圧である第2駆動最大電圧が、前記第1駆動最大電圧と反対の極性において前記圧電材料の抗電界の0.1倍と0.8倍の間の電圧である駆動電圧波形を生成し、前記正極と前記負極の間に印加する駆動回路と
を具備する変位駆動装置。 A piezoelectric element in which the positive electrode and the negative electrode face each other via a piezoelectric body made of a piezoelectric material,
The vibrating body to which the piezoelectric element is bonded and
A drive voltage waveform applied between the positive electrode and the negative electrode and having a predetermined drive frequency, wherein the first drive maximum voltage, which is the peak voltage of one of the drive voltage waveforms, is 0 V and the drive frequency. The second drive maximum voltage, which is the voltage between the breakdown voltages of the piezoelectric material and is the other peak voltage of the drive voltage waveform, has the coercive force of the piezoelectric material in a polarity opposite to the first drive maximum voltage. A displacement drive device including a drive circuit that generates a drive voltage waveform having a voltage between 0.1 times and 0.8 times and applies it between the positive electrode and the negative voltage.
前記圧電素子及び前記振動体は圧電アクチュエータを構成し、前記振動体の振動により、前記振動体に触覚を発生させる
変位駆動装置。 The displacement drive device according to claim 12.
The piezoelectric element and the vibrating body constitute a piezoelectric actuator, and a displacement drive device that generates a tactile sensation in the vibrating body by the vibration of the vibrating body.
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