JP3042333B2 - Electric signal the displacement converter, the driving method of the fluid transfer device using apparatus that uses the converter, and the converter - Google Patents

Electric signal the displacement converter, the driving method of the fluid transfer device using apparatus that uses the converter, and the converter

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Description

【発明の詳細な説明】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 [0001]

【産業上の利用分野】本発明は電気信号変位変換装置、 BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention is an electric signal the displacement converter,
当該変換装置を用いた機器、および当該変換装置を用いた流体搬送装置の駆動方法に関する。 Device using the conversion device, and a method of driving the fluid conveyance device using the converter. 具体的にいうと、 Specifically,
本発明は、起歪層の電気的性質を利用して電気信号を動作部の変位に変換し、逆に動作部の変位を電気信号に変換する電気信号変位変換装置に関する。 The present invention converts an electric signal the displacement of the operation unit by using the electrical properties of the strain layer, for electrical signals displacement converter for converting into an electric signal the displacement of the operation unit in reverse. さらに、当該電気信号変位変換装置を用いた光スキャナ、リレー、振動発生器、移動機構等のアクチュエータや、圧力センサ、 Further, the optical scanner using the electric signal the displacement converter, relay, vibration generator, or actuator, such as the moving mechanism, a pressure sensor,
加速度センサ、流速センサ等の物理量検出器などの機器に関する。 An acceleration sensor, related equipment, such as a physical quantity detector, such as a flow sensor.

【0002】 [0002]

【従来技術とその問題点】微小変位を発生させるためのマイクロアクチュエータとしては、積層型圧電アクチュエータがよく知られている。 The microactuator for BACKGROUND OF THE INVENTION generating a minute displacement, laminated piezoelectric actuators are well known. この積層型圧電アクチュエータC1は、図1(a)に示すように、縦歪(電界方向と平行な歪)を発生する圧電セラミック層101と電極層102とを多層交互に積層し、電極層102同志を一つおきに結線したものであって、両電極層102に電気信号を入力すると圧電セラミック層101に縦歪が発生し、図1(b)に示すように積層型圧電アクチュエータC1が縦方向に伸縮する。 The multilayer piezoelectric actuator C1, as shown in FIG. 1 (a), stacking the piezoelectric ceramic layer 101 and the electrode layer 102 for generating longitudinal strain (electric field parallel to the direction distortion) in multiple layers alternately, the electrode layer 102 be one obtained by connection to every other comrades, longitudinal strain is generated in the piezoelectric ceramic layer 101 when an electrical signal is inputted to the electrode layers 102, the laminated piezoelectric actuators C1, as shown in FIG. 1 (b) vertical expanding and contracting in the direction. この積層型圧電アクチュエータC1の伸縮量は各圧電セラミック層101の伸縮量に圧電セラミック層101の層数を乗じたものとなる。 Amount of extension of the laminated piezoelectric actuator C1 becomes multiplied by the number of layers of the piezoelectric ceramic layer 101 on the expansion and contraction amount of the piezoelectric ceramic layers 101. 従って、積層型圧電アクチュエータC1の端面に駆動対象物を固定していると、駆動対象物を平行移動させることができる。 Therefore, when securing the driven object to an end face of the laminated piezoelectric actuators C1, the driven object can be moved in parallel.

【0003】しかしながら、このような積層型圧電アクチュエータC1にあっては、それ自身変位を拡大するための構造を有していないので、最大変位量がアクチュエータの寸法(例えば厚さ)と比較して非常に小さいという問題がある。 However, in such a multilayer piezoelectric actuator C1, so it does not have a structure to expand itself displacement, the maximum displacement amount compared to the dimensions of the actuator (e.g., thickness) there is a problem that very small. この出力変位を大きくするためには、機械的な変位拡大機構を用いられることもあるが、変位拡大機構を積層型圧電アクチュエータC1に取り付けると、アクチュエータが大きくなると共にコストも高くつくという欠点がある。 To increase the output displacement is sometimes used a mechanical displacement enlarging mechanism, when attaching the displacement enlarging mechanism in the laminated piezoelectric actuator C1, there is a disadvantage that cost expensive with the actuator increases . また、圧電アクチュエータ自身で変位量を大きくするためには、圧電セラミック層の積層数を大きくする必要があるので、小型化が困難で、特に薄型のアクチュエータを作製することができなかった。 Further, in order to increase the amount of displacement in the piezoelectric actuator itself, it is necessary to increase the number of stacked piezoelectric ceramic layers, it is difficult to miniaturize, not particularly able to produce a thin actuator.

【0004】さらに、積層型圧電アクチュエータC1では、多層の圧電セラミック層101と電極層102を交互に積層する必要があるので、製造プロセスが複雑となり、コストが高くついていた。 [0004] Further, the multilayer piezoelectric actuator C1, it is necessary to laminate the piezoelectric ceramic layer 101 and the electrode layer 102 of the multilayer alternately becomes complicated manufacturing process, cost was on high.

【0005】このため図2(a)(b)に示すような片持ち梁型アクチュエータC2が開発されている。 [0005] cantilever actuator C2 as shown in order Figure 2 (a) (b) have been developed. これは基板層106、横歪(電界方向と垂直な方向の歪)を発生する圧電材料からなる起歪層107、起歪層107の両面の電極層108を積層して帯板状の動作部109を形成し、当該動作部109の一方端部をフレーム部11 This substrate layer 106, Yokoibitsu strain generating layer 107 made of a piezoelectric material generating (electric field direction and the strain in the perpendicular direction), strip-shaped operation portion by laminating both surfaces of the electrode layer 108 of Okoshiibitsuso 107 109 is formed, the frame portion 11 one end portion of the operation portion 109
0に固定したものである。 0 is obtained by fixed to. この電極層108間に電気信号を入力して起歪層107に電界を発生させると、横歪のために起歪層107だけが伸縮するので起歪層107 When an electric field is generated strain generating layer 107 by inputting an electric signal between the electrode layer 108, the strain generating layer 107 because only strain generating layer 107 for Yokoibitsu to stretch
と基板層106とを接合された動作層109が厚み方向(図2の上方又は下方)に湾曲する。 The active layer 109 that is bonded to the substrate layer 106 is bent in the thickness direction (upward or downward in FIG. 2). この動作層109 This behavior layer 109
の変位方向及び変形量は電極層108に印加する電気信号の極性及び信号強度で制御される。 Displacement direction and amount of deformation is controlled by the polarity and signal strength of the electrical signal applied to the electrode layer 108. このような片持ち梁型アクチュエータC2にあっては、動作部109の変位はフレーム部110に固定されている基端部から離れるに従って拡大されるので、動作部109の自由端側に駆動対象物を固定して駆動することにより、また動作部109を長くすることにより駆動対象物を大きく変位させることができる。 In such an cantilever actuator C2, the displacement of the operating portion 109 is enlarged as the distance from the base end portion which is fixed to the frame portion 110, the driving object on the free end side of the operation portion 109 the by fixedly driven and can be largely displaced driven object by increasing the operating portion 109.

【0006】なお、図2(a)(b)では起歪層が1層だけのユニモルフ型のものを示したが、基板層の両面に起歪層を設けたバイモルフ型の片持ち梁型アクチュエータも知られている。 [0006] Incidentally, FIGS. 2 (a) but (b) the strain-generating layer showed that the unimorph only one layer bimorph cantilever actuator having a strain generating layer on both sides of the substrate layer It is also known.

【0007】しかしながら、片持ち梁型アクチュエータC2では、変形前後で平行を保っている動作部109上の領域が存在せず、当該アクチュエータで駆動する駆動対象物も平行移動できない。 However, the cantilever actuator C2, there is no area on the operation unit 109 are kept parallel before and after the modification, can not be translated also driven object driven by the actuator. 特に、変位量を大きくするために動作部の自由端を用い、また動作部109を長くするほど、変形前後における駆動対象物の傾きも大きくなる。 In particular, using the free end of the operation portion in order to increase the amount of displacement, also the longer the operation unit 109, the greater the inclination of the driven object before and after deformation. このため、例えば干渉光学系などで用いる光路長を変化させるための反射板等を駆動する用途には使用することができなかった。 Therefore, could not be used for applications for driving the reflecting plate or the like for changing the optical path length to be used, for example, interference optics like.

【0008】また、片持ち梁型アクチュエータC2において、平行移動する領域を持つようにすることも試みられているが、これまでの方法では構造がきわめて複雑となり、小型化が困難でコストが高くついていた。 Further, in the cantilever actuator C2, although attempts have been made to have a region of translation, heretofore structure becomes extremely complicated in the method of, with high difficulty and cost miniaturization It had.

【0009】さらに、片持ち梁構造であるので、動作部109の先端部などに外力が加わったときに変位し易く、変位量の精度や信頼性が低かった。 Furthermore, since it is cantilever structure, easily displaced when an external force is applied to such front end portion of the operation portion 109, it is lower accuracy and reliability of the displacement. 同じ理由から、 For the same reason,
駆動対象物を変位させる駆動力も弱かった。 Driving force for displacing the driven object also weak.

【0010】さらに、片持ち梁構造では、動作部109 [0010] In addition, in the cantilever structure, the operation unit 109
の厚み方向における内部応力の変化によって初期歪を生じるため、正しい動作を行なわせるためには無負荷時において起歪層107、電極層108及び基板層106の内部応力の高精度制御が要求されていた。 For producing initial strain by the change in the internal stress in the thickness direction, are correct strain generating layer 107 operate to effect at the time of no load, high-precision control of the internal stress of the electrode layer 108 and substrate layer 106 is required It was.

【0011】 [0011]

【発明が解決しようとする課題】本発明は叙上の従来例の欠点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、小型化及び低コスト化が可能で、製作プロセス制御が簡単で、かつ平行変位領域を有する構造簡単な電気信号変位変換装置を提供することにある。 [0008] The present invention has been made in view of the shortcomings of prior art on ordination, it is an object can be downsized and cost reduction, simpler fabrication process control in, and to provide a structural simple electrical signal displacement converter having parallel displacement area. また、この電気信号変位変換装置を利用した各種機器を提案することにある。 Another object is to propose various devices utilizing this electric signal the displacement converter.

【0012】 [0012]

【課題を解決するための手段】本発明の電気信号変位変換装置は、電界方向と垂直な方向に横歪を発生する少なくとも1層の起歪層を少なくとも2層の電極層により挟んだ構造を有する動作部と、当該動作部を支持するフレーム部とを備え、前記動作部はフレーム部に固定された部分と、フレーム部に固定されていない変位可能な部分とを有し、当該固定部分は当該固定されていない部分の周囲の少なくとも一部において当該固定されていない部分を挟むように配置されており、前記起歪層の横歪で動 Electric signal the displacement converter of the present invention In order to achieve the above object, according to the sandwiched by the electrode layers of the strain layer at least two layers of at least one layer for generating Yokoibitsu in the direction of the electric field perpendicular to the direction an operation unit having, a frame portion for supporting the operation unit, the operation unit includes a fixed portion to the frame portion, and a displaceable portion which is not fixed to the frame part, the fixed part at least part of the periphery of the portion that is not the fixed are arranged so as to sandwich the portion that is not the fixed, dynamic beside strain of the strain generating layer
作部全体の長さが変化することにより、該動作部に厚み By the length of the entire work unit is changed, thickness said operating unit
方向の変位が生じることを特徴としている。 It is characterized in that the direction of displacement occurs.

【0013】この電気信号変位変換装置においては、電極層のうち少なくとも1層の厚みを他の電極層の厚みと異ならせてもよい。 [0013] In this electric signal the displacement converter may a thickness of at least one layer of the electrode layer was different from the thickness of other electrode layers. また、電極層のうち少なくとも1層において、その電極層の一部分の厚みを他の部分の厚みと異ならせてもよい。 Further, in at least one layer of the electrode layers may be different from the thickness of the portion of the electrode layer and the other part of the thickness. あるいは、電極層のうち少なくとも1層もしくは起歪層において、その電極層もしくは起歪層の一部分に開口を設けることもできる。 Alternatively, in at least one layer or strain generating layer of the electrode layer, it is also possible to provide an opening in the portion of the electrode layer or the strain generating layer.

【0014】また、電極層間に、起歪層よりもヤング率の小さな材料で形成された領域を設けてもよい。 Furthermore, the electrode layers may be provided a region formed by the material having small Young's modulus than Okoshiibitsuso. あるいは、動作部の一部を、他の部分よりもヤング率の大きな領域とすることができる。 Alternatively, a portion of the operation portion, than the other portions can be large areas of Young's modulus.

【0015】また、電気信号変位変換装置は、複数の動作部と、各動作部の電極層に電気信号を印加する電気信号印加手段とを有し、動作部のうち少なくとも1つに印加される電気信号の極性が、他の動作部に印加される電気信号と逆極性になっており、フレーム部は動作部からの力によって変形可能となっていてもよい。 [0015] The electric signal the displacement converter includes a plurality of operation portions, the electrical signal applying means for applying an electrical signal to the electrode layer of each operation unit, is applied to at least one of the operation portion the polarity of the electrical signal, has become an electrical signal opposite polarity applied to other operating portion, the frame portion may be made deformable by a force from the operation portion.

【0016】本発明による光スキャナは、前記電気信号変位変換装置と、当該変換装置の変位部分に設けた光反射面と、当該変換装置の変位部分を駆動する駆動手段とを有することを特徴としている。 The optical scanner according to the present invention, said electrical signal displacement converter, and the light reflecting surface provided in the displacement portion of the converter, characterized by having a drive means for driving the displacement portion of the converter there.

【0017】本発明によるリレーは、前記電気信号変位変換装置と、当該変換装置の変位部分を駆動する電気信号印加手段と、当該変換装置の変位部分に設けられた第1のスイッチング用電極と、当該第1のスイッチング用電極と対向して設けられた第2のスイッチング用電極とを有することを特徴としている。 [0017] Relay according to the invention, said electrical signal displacement converter, an electric signal applying means for driving the displacement portion of the converter, a first switching electrode provided on the displacement portion of the converter, It is characterized by a second switching electrode provided to face the said first switching electrode.

【0018】本発明による振動発生器は、前記電気信号変位変換装置と、当該変換装置の変位部分を振動させるための電気信号を入力する電気信号印加手段とを有することを特徴としている。 The vibration generator according to the present invention, said electrical signal displacement converter is characterized by having an electrical signal application means for inputting an electrical signal to vibrate the displacement portion of the converter.

【0019】本発明によるスピーカは、前記電気信号変位変換装置と、当該変換装置の変位部分を振動させるための電気的な音声信号を入力する電気信号印加手段とを有することを特徴としている。 The loudspeaker according to the invention, said electrical signal displacement converter is characterized by having an electrical signal application means for inputting electrical audio signals for vibrating the displacement portion of the converter.

【0020】本発明によるバルブ装置は、流体を通過させるための通路と、当該通路に動作部の変位部分を臨ませて配置した前記電気信号変位変換装置とを備え、流体通路と動作部との間を流れる流体の流量を制御可能としたことを特徴としている。 The valve device according to the invention, a passage for passing the fluid, and a is arranged to face the displacement portion of the operating portion in the passage the electric signal the displacement converter, the the operation portion fluid passage it is characterized in that which enables controlling the flow rate of fluid flowing between.

【0021】本発明による点字ディスプレイ装置は、複数の動作部をマトリックス状に配列された前記電気信号変位変換装置と、当該各動作部により駆動される触覚により認識可能な複数個の突起とを備えたことを特徴としている。 The braille display apparatus according to the present invention includes a said electric signal the displacement converter arranged a plurality of operation portions in a matrix, and a recognizable plurality of projections tactilely driven by the respective operation portions it is characterized in that was.

【0022】本発明によるプリンタヘッドは、複数の動作部を配列した前記電気信号変位変換装置と、各動作部を駆動することによってインク粒子として吐出させるためのインクを保持する手段とを備えたことを特徴としている。 The printer head according to the present invention, further comprising a means for holding said electric signal the displacement converter in which a plurality of operation portions, the ink for ejecting the ink droplets by driving each working unit It is characterized in.

【0023】本発明によるプローブ装置は、前記電気信号変位変換装置と、当該変換装置の動作部に設けられたプローブとを備えたことを特徴としている。 The probe device according to the invention, said electrical signal displacement converter is characterized in that a probe provided at the operation portion of the converter.

【0024】本発明による発電機は、前記電気信号変位変換装置と、当該変換装置に物理的エネルギーが加わった時に当該変換装置に発生する電気エネルギーを出力する手段とを備えたことを特徴としている。 The generator according to the present invention, said electrical signal displacement converter is characterized in that a means for outputting the electric energy generated to the converter when physical energy is applied to the converter .

【0025】本発明による圧力センサは、前記電気信号変位変換装置と、当該変換装置の変位部分に検知圧力を導くための圧力導入手段とを備え、導入された圧力によって前記変換装置の変位部分に発生する電気信号に基づいて当該圧力を検出するようにしたことを特徴としている。 The pressure sensor according to the present invention, said electrical signal displacement converter, and a pressure introducing means for introducing the sensed pressure to the displacement portion of the converter, the displacement portion of the converter by the introduced pressure It is characterized in that so as to detect the pressure on the basis of the electrical signal generated.

【0026】本発明による加速度センサは、前記電気信号変位変換装置と、加速度によって当該変換装置の変位部分に発生する電気信号に基づいて加速度を検出するようにしたことを特徴としている。 The acceleration sensor according to the present invention, said electrical signal displacement converter is characterized in that to detect the acceleration based on an electrical signal generated in the displacement portion of the converter by the acceleration.

【0027】本発明による流速センサは、前記電気信号変位変換装置と、流体の流速によって変化する流体圧力を当該変換装置の動作部の表面に導く手段とを備え、動作部の表面に導かれた流体圧力から流体の流速を求めるようにしたことを特徴としている。 The flow rate sensor according to the present invention, said electrical signal displacement converter, a fluid pressure that varies with the flow velocity of the fluid and means for directing to the surface of the operation portion of the converter, led to the surface of the operation portion It is characterized in that so as to determine the flow rate of the fluid from the fluid pressure.

【0028】本発明による温度センサは、前記電気信号変位変換装置と、温度変化によって当該変換装置の動作部に熱応力を発生させる手段とを備え、当該動作部に発生した熱応力から温度又は温度変化を求めるようにしたことを特徴としている。 The temperature sensor according to the present invention, said electrical signal displacement converter, and means for generating the thermal stress to the operation of the converter due to a temperature change, the temperature or temperature from the heat stress generated in the operation portion It is characterized in that so as to determine changes.

【0029】本発明による流体搬送装置は、流体を搬送する流体通路と、当該流体通路に臨ませて設けた少なくとも3個の動作部を有する前記電気信号変位変換装置とを備え、前記動作部を駆動することによって流体通路内の流体を搬送させるようにしたことを特徴としている。 The fluid delivery device according to the invention, a fluid passage for transporting fluid, said a electric signal the displacement conversion device having at least three operation portion provided so as to face to the fluid passage, the operation portion It is characterized in that so as to convey the fluid in the fluid passage by driving.

【0030】本発明による流体搬送装置の駆動方法は、 The driving method of the fluid transfer device according to the invention,
前記各動作部の動作を一定のタイミングで切り換えることによって流体を搬送する方法であって、各動作部を一定タイミングで閉状態、閉状態および開状態の順序で切り換えることを特徴としている。 A method for transporting a fluid by switching the operation of the respective operating unit at a fixed timing, closed each working unit at a predetermined timing, and wherein the switching in the order of the closed state and opened state.

【0031】また、本発明による流体搬送装置の別な駆動方法は、前記動作部を流体通路側へ変位させて流体流路を閉じた状態と、動作部を変位させない状態と、動作部を流体通路と反対側へ変位させて流体通路を広くした状態とを一定のタイミングで切り換えることによって流体を搬送する方法であって、各動作部を一定タイミングで流体通路側への変位状態、変位させない状態、流体通路と反対側への変位状態および変位させない状態の順序で切り換えることを特徴としている。 Further, another method of driving a fluid delivery device according to the invention, fluid and closed fluid flow path the operation portion is displaced to the fluid passage side, and a state which does not displace the operation portion, the operation portion a method for transporting a fluid by switching between a state in which is displaced into the passage opposite the wide fluid passage at a constant timing, displacement state, when no displacing of each operation unit to the fluid passage side at a predetermined timing is characterized in that the switching in the order of state not to displacement state and the displacement to the side opposite to the fluid passage.

【0032】 [0032]

【作用】本発明の電気信号変位変換装置にあっては、電極層を介して起歪層に電気信号を入力すると、起歪層の横歪のために動作部が長さ方向に伸張するが、フレーム部に固定されていない部分(変位部分という)の周囲の少なくとも一部において当該変位部分を挟むように固定されているために変位部分が座屈し、その厚み方向に変位を生じ、この変位量は信号強度によって変化する。 [Action] In the electric signal the displacement converter of the present invention, when an electrical signal is inputted to the strain generating layer through the electrode layer, but stretches operation portion in the longitudinal direction for the lateral strain of the strain generating layer succumbed displacement portion seat because it is fixed so as to sandwich the displacement portion at least partly around the portion (referred to displacement portion) which is not fixed to the frame part, cause the displacement in the thickness direction, this displacement the amount will vary by the signal strength. あるいは、電気信号を印加していない当初の状態で変位部分を湾曲させた形態で固定部をフレーム部に固定している場合には、電気信号を印加して動作部を長さ方向に伸縮させると、変位部の長さ変化に応じて厚み方向に変位を生じる。 Alternatively, when securing the frame part fixed part in such a form that is curved displacement portion in the original state is not applied electrical signal, thereby stretching the length of the operation portion by applying an electrical signal When producing displacement in the thickness direction according to the length variation of the displacement unit.

【0033】また、逆に、変位部分に接する物理量の変化により変位部分に外力が加わると、物理量又はその変化に応じた電気信号が動作部から出力される。 Further, conversely, when an external force is applied to the displacement portion by a change in physical quantity in contact with the displacement portion, the physical quantity or electric signals corresponding to the change is output from the operation unit.

【0034】しかも、本発明の電気信号変位変換装置では、変位部分の周囲の少なくとも一部において当該変位部分を挟むように固定部分が配置されているので、変位部分の中央部は変位しても元の状態と平行状態を保ちつつ変位する。 [0034] Moreover, an electric signal the displacement conversion device of the present invention, at least a part fixed part so as to sandwich the displacement portion in the periphery of the displacement part is arranged, the central portion of the displacement portion be displaced displaced while maintaining the original state and the parallel state. このように一定位置が平行状態を保ったままで平行移動するので、この位置(変位部分の中央部) Since the fixed position to translate while maintaining the parallel state, the position (center portion of the displacement portion)
に例えば駆動対象物を取り付けると、駆動対象物を平行移動させることができる。 For example, attaching a driven object to the driven object can be moved in parallel. また、平行移動する部分で物理量又はその変化を感知することにより物理量の感知精度を向上させることができる。 Further, it is possible to improve the sensing accuracy of the physical quantity by sensing a physical quantity or a change in a portion of translation.

【0035】また、変位部分の周囲の少なくとも一部の対向する部分が固定されているので、いずれの部分でも変位部分の変形時の応力が逃げることがなく、変位部分で大きな変位量を得ることができる。 Further, since at least a portion of the opposing portions of the periphery of the displacement portion is fixed, without escape the stress during deformation of the displacement portion in any part, to obtain a large displacement amount of the displacement portion can. 特に、変位部分の全周を固定していれば、変位部分と接する対象物が液体や粉体の場合にも用いることができる。 In particular, if secure the entire circumference of the displacement portion can be the object in contact with the displacement part used in the case of a liquid or powder. また、変位部分の両端だけが固定されていれば、変位部分の拘束を小さくでき、大きな変位量を得ることができる。 Further, only the ends of the displacement portion if is only to be fixed, it is possible to reduce the constraint of the displacement portion, it is possible to obtain a large amount of displacement. また、駆動対象物の駆動力も大きくすることができる。 Further, it is the driving force of the driven object is also increased.

【0036】さらに、変位部分の全周や両端などがフレーム部に固定されているので、変位部分の位置精度が高くなり、高精度で変位量を制御することが可能になる。 Furthermore, since such entire circumference or at both ends of the displacement portion is fixed to the frame portion, the positional accuracy of the displacement portion is increased, it is possible to control the amount of displacement with high precision.

【0037】また、本発明の電気信号変位変換装置では、動作部の座屈を利用しているので、従来例の片持ち梁型アクチュエータのような基板層が必要なくなり、動作部の最小単位は1枚の起歪層と1組の電極層で構成することができる。 Further, an electric signal the displacement converter of the present invention, the use of the buckling of the working unit, eliminating the substrate layer, such as a cantilever actuator in the conventional example need, the minimum unit of the operating unit it can be composed of one strain generating layer and a pair of electrode layers. このため、構造が極めて簡素化され、 Therefore, the structure is extremely simplified,
小型化(特に、薄型化)と低コスト化が可能になる。 Compact (especially thin) allowing a cost reduction.

【0038】さらに、本発明の電気信号変位変換装置は座屈によって変位部分を変位させているので、動作部に初期歪があってもオイラーの座屈応力を越えない限り動作部が変形することがなく、片持ち梁型アクチュエータのように無負荷時における内部応力の高精度な制御も要求されず、出力される変位量の精度を高くすることができる。 [0038] Further, since the electric signal the displacement converter of the present invention is to displace the displacement portion by buckling, the operation unit as far as it does not exceed the buckling stress of the Euler even if initial strain in the operation portion to be deformed without also precise control of the internal stress at the time of no load as a cantilever type actuator not required, it is possible to increase the displacement of the accuracy of the output.

【0039】このような電気信号変位変換装置においては、電極層のうち少なくとも1層の厚みを他の電極層の厚みと異ならせることにより、動作部の座屈方向をコントロールすることができる。 [0039] In such an electric signal the displacement conversion apparatus, by making the other electrode layer thickness of a thickness of at least one layer of the electrode layer, it is possible to control the buckling direction of the operation portion.

【0040】また、電極層のうち少なくとも1層において、その電極層の一部分の厚みを他の部分の厚みと異ならせることにより、その部分で動作部を変形し易くしたり、変形しにくくしたり調整することができる。 Further, in at least one layer of the electrode layer, by varying the thickness of a portion thickness of other portions of the electrode layers, or easily deformed operation portion at that portion, or less deformable it can be adjusted. 同様に、電極層のうち少なくとも1層もしくは起歪層において、その電極層もしくは起歪層の一部分に開口を設けることによっても、動作部の当該開口部分を変形し易くすることができる。 Similarly, in at least one layer or strain generating layer of the electrode layer, by providing an opening in a portion of the electrode layer or the strain generating layer, it is possible to easily deform the opening portion of the operating portion. あるいは、電極層間に、起歪層よりもヤング率の小さな材料で形成された領域を設けても動作部を変形し易くすることができる。 Alternatively, the electrode layers, it is possible to easily deform the operation portion be provided with a region formed by the material having small Young's modulus than Okoshiibitsuso.

【0041】逆に、動作部の一部を、他の部分よりもヤング率の大きな領域とすれば、その部分で動作部を変形しにくくでき、特に動作部の平行変位する部分を変形しにくくして平行変位する領域を広くできる。 [0041] Conversely, a portion of the operation unit, if large areas of Young's modulus than the other portion, can hardly deform the working part at that portion, less deformable portions parallel displacement of the particular operation portion It can widen the area to be parallel displaced by.

【0042】また、複数の動作部のうち一部に引張応力を発生させてフレーム部を撓ませ、他の動作部に圧縮応力を発生させて座屈させると、座屈した動作部の変位量を増幅することができる。 Further, by generating a tensile stress in a portion of the plurality of operation portions flexing the frame portion, the buckling by generating compressive stress in the other operating unit, the amount of displacement of the operation portion buckled it can be amplified. あるいは、必要に応じて異なる動作部を駆動させるようにもできる。 Alternatively, it is also so as to drive the different operating unit if necessary.

【0043】また、本発明の電気信号変位変換装置を光スキャナやリレー、バルブ装置等のアクチュエータとして使用すれば、新規な構造のアクチュエータを得ることができる。 [0043] Further, the use of electrical signals displacement transducer device of the present invention an optical scanner or relays, as an actuator, such as a valve device, it is possible to obtain the actuator having a novel structure. 特に、これらのアクチュエータの小型軽量化や薄型化が可能になり、従来使用できなかった用途へも応用できるようになる。 In particular, it enables reduction in size and weight and thickness of these actuators, also becomes applicable to conventional use can not use. 特に、アレイ化したり、マトリックス化する際には集積化して小型化することができるので、点字ディスプレイ装置やプリンタヘッドとしても用いることができる。 Particularly, or arrayed, it is possible to downsize by integrating the time of the matrix, it can be used as a Braille display device and a printer head.

【0044】同様に、圧力センサや流速センサ等の物理量検知手段として用いることもでき、新規な構造の各種センサを提供できると共に各種センサを小型軽量化、薄型化することができる。 [0044] Similarly, also be used as a physical quantity detecting means such as a pressure sensor or a flow sensor, size and weight of the various sensors with offer different sensors having a novel structure, can be made thinner.

【0045】 [0045]

【実施例】図3は本発明の一実施例による電気信号変位変換装置A1を示す斜視図である。 DETAILED DESCRIPTION FIG. 3 is a perspective view showing an electric signal the displacement converter A1 according to an embodiment of the present invention. この電気信号変位変換装置A1は、フレーム部1と動作部2とからなっている。 The electric signal the displacement converter A1 consists of the frame portion 1 and operation portion 2. フレーム部1はシリコン等の半導体ウエハやステンレス等の金属薄板によって形成することができるが、この実施例では半導体製造プロセスを利用できるシリコンを用いている。 Frame section 1 can be formed by sheet metal, such as a semiconductor wafer or stainless such as silicon, but in this embodiment uses the silicon available semiconductor manufacturing process. フレーム部1は、歩留りや加工効率の点から図3では矩形状をしているが、円板形など任意の形状でも差し支えない。 Frame unit 1, although the FIG. 3 in a rectangular shape from the viewpoint of yield and the processing efficiency, no problem even in any shape such as a disc shape. フレーム部1には、開口又は凹部3が形成されており、帯板状をした動作部2は開口又は凹部3の上に架け渡すように配置されている。 The frame part 1, an opening or recess 3 is formed, the operation unit 2 in which the strip shape is disposed so as to bridge over the opening or recess 3. 動作部2 Operating unit 2
は起歪層4の上下両面に電極層5a,5bを形成したものであって、動作部2の両端部はフレーム部1上面に固定された固定部分6となっており、両固定部分6間はフレーム部1に固定されていない変位部分7となっている。 It is a made by forming an electrode layer 5a, 5b on the upper and lower surfaces of the strain layer 4, both ends of the operation portion 2 is a fixed part 6 which is fixed to the frame unit 1 top surface, between two fixed portions 6 has a displacement portion 7 which is not fixed to the frame part 1. すなわち、動作部2は、変位部分7が開口又は凹部3の上方に架け渡された両持ち梁構造となっている。 That is, the operation unit 2, the displacement portion 7 has become a doubly supported beam structure bridged over the opening or recess 3. また、一方の固定部分6においては、下側の電極層5bが露出しており、上下両電極層5a,5bに電気信号線8 In the one fixed portion 6, it is exposed the lower electrode layer 5b, the upper and lower electrode layers 5a, 5b to the electric signal line 8
が接続されている。 There has been connected.

【0046】起歪層4は電圧の印加により電界方向と垂直な方向の横歪を発生し、あるいは横歪により縦方向の電界を発生するものであればよく、例えば圧電材料や電歪材料、磁歪材料等からなる機能薄膜を用いることができる。 [0046] Okoshiibitsuso 4 as long as it by applying a voltage to generate a horizontal distortion of the electric field perpendicular to the direction, or for generating a vertical electric field by Yokoibitsu, for example, a piezoelectric material and electrostrictive material, it can be used functional thin film made of a magnetostrictive material. 特に、製作プロセスが確立されている圧電材料のうち、圧電定数の最も大きなPZT薄膜が起歪層4に適している。 In particular, among the piezoelectric material fabrication process has been established, the greatest PZT thin film of the piezoelectric constant is suitable for the strain-generating layer 4. このとき圧電係数の大きなPZT膜を得るためには起歪層4を[111]方向に配向する必要があり、そのためには下層の電極層5bとして、その(11 In this case in order to obtain a large PZT film of the piezoelectric coefficients have to orient the strain generating layer 4 in [111] direction, as a lower electrode layer 5b in order that its (11
1)配向膜の格子定数がPZTの(111)配向膜の格子定数と近いPt/Ni蒸着膜を用いる必要がある。 1) lattice constant of the alignment layer is necessary to use a lattice constant close to Pt / Ni deposited film of (111) oriented film of PZT. 一方、上側の電極層5aはPtの蒸着膜からなっている。 On the other hand, the upper electrode layer 5a is made of vapor-deposited film of Pt.
従って、フレーム部1、起歪層4及び電極層5a,5b Thus, the frame unit 1, Okoshiibitsuso 4 and electrode layers 5a, 5b
は半導体製造プロセスを利用して加工及び膜形成することができ、高い量産性と精度を得ることができ、小型化及び低コスト化も可能になる。 It can be processed and film formed by using the semiconductor manufacturing process, it is possible to obtain a high productivity and precision, becomes possible miniaturization and cost reduction.

【0047】しかして、電気信号線8を通して電極層5 [0047] Thus, the electrode layer 5 through the electric signal line 8
a,5b間に電圧が印加されていない初期状態では、図4(a)に示すように、起歪層4はフレーム部1上において平らな状態で両持ち状に支持されている。 a, in the initial state in which no voltage is applied between 5b, as shown in FIG. 4 (a), Okoshiibitsuso 4 is supported in both ends form in a flat condition on the frame part 1. 電気信号線8に電気信号(電圧V)を入力すると、起歪層4には圧電横効果により横歪が発生して起歪層4が長さ方向に伸びるが、変位部分7の両側(固定部分6)が固定されているので、動作部2には圧縮応力が発生する。 When inputting an electric signal (voltage V) to the electric signal line 8, the lateral strain is extended in the longitudinal direction strain generating layer 4 was generated by the piezoelectric transverse effect in Okoshiibitsuso 4, both sides of the displacement portion 7 (fixing the portion 6) is fixed, the compression stress is generated in the operation unit 2. 起歪層4に印加されている電圧Vが小さく、動作部2に発生する圧縮応力がオイラーの座屈応力σ Eより小さい場合には、図4(b)に示すように電気信号が入力されていても動作部2は平らなままで変形せず、変位部分7は変位していない状態に保たれる。 Small voltage V being applied to Okoshiibitsuso 4, when the compression stress generated in the operation portion 2 is smaller than buckling stress sigma E of Euler electrical signal is input as shown in FIG. 4 (b) even if the operation section 2 is not deformed while flat, displacement portions 7 is maintained in a state which is not displaced. なお、オイラーの座屈応力σ Eは、理論的には σ E =(π 2 EI)/(QaL 2 ) で表わされる。 Incidentally, buckling stress sigma E of Euler is theoretically expressed by σ E = (π 2 EI) / (QaL 2). ここにEは動作部2のヤング率、Iは動作部2の断面2次モーメント、Lは変位部分7の長さ、 Here the Young's modulus of E operation unit 2, I is the second moment of operation unit 2, L is the length of the displacement portion 7,
Qaは動作部2の断面積である。 Qa is the cross-sectional area of ​​the operation portion 2. これに対し、印加電圧Vを大きくして、ある電圧値V Eで動作部2の圧縮応力がオイラーの座屈応力σ Eを越えると、図4(c)に示すように変位部分7が座屈してその中央部が厚み方向へ変位する。 In contrast, by increasing the applied voltage V, the compressive stress of the operating unit 2 at a certain voltage value V E exceeds the buckling stress sigma E Euler, displacement portion 7 as shown in FIG. 4 (c) the seat It yielded the center portion is displaced in the thickness direction. このとき、変位部分7の両側は固定部分6となっているので、変位部分7は対称に変形し、このため変位部分7の中央部は平行移動することになる。 At this time, since both sides of the displacement portion 7 has a fixed part 6, the displacement portion 7 is deformed symmetrically, the center portion of the for displacement portion 7 will move parallel. しかも、変位部分7の中央部の変位量は、印加電圧Vの増大に応じて大きくなる。 Moreover, the amount of displacement of the central portion of the displacement portion 7 is increased in response to an increase in applied voltage V. 図5は印加電圧Vと変位部分7の中央部の変位量との関係の一例を示す図であって、オイラーの座屈応力σ Eに対応する印加電圧V Eよりも大きな電圧で変位が発生している。 Figure 5 is a diagram showing an example of a relationship between the displacement amount of the center portion of the applied voltage V displacement portion 7, the displacement occurs in a voltage greater than the applied voltage V E corresponding to buckling stress sigma E Euler doing. しかも、印加電圧V Eを超えて座屈することにより始めて変位を発生するので、変位発生当初は変位量の変化速度(図5の曲線の傾き)が大きいが、印加電圧を大きくすると、変化量の変化速度は小さくなる。 Moreover, since beyond the applied voltage V E to generate a displacement begun by buckling, when initially displacement generation is large rate of change of displacement (slope of the curve in FIG. 5), the applied voltage is increased, the amount of change the rate of change is small. 光スキャナや加速度センサのようにリニアな変位入出力を必要とする場合には、この変化速度が大きくて曲線が比較的直線性のよい領域で用いるのが好ましい。 If that require linear displacement output as an optical scanner or an acceleration sensor is preferably curve greatly the rate of change used in a relatively good linearity region. また、リレーや開閉用バルブ装置のようにオン・オフ的な変位入出力を必要とする場合には、変位速度が小さくてなだらかな領域を用いるのが望ましい。 Further, in the case that requires on-off displacement input as relays and opening and closing valve device, it is desirable to use a smooth region with a small displacement speed.

【0048】このように、動作部2は両端を固定されていて変位部分7は常に対称に変形するので、変位部分7 [0048] Thus, since the displacement portion 7 operating unit 2 is fixed at both ends is always deformed symmetrically displacement portions 7
の中央部は変位量の大きさに拘らず平行になっている。 Central portion of the are parallel regardless of the magnitude of the displacement.
従って、例えばアクチュエータとして用いる場合には、 Thus, for example, when used as the actuator,
変位部分7の中央部に駆動対象物を固定することにより駆動対象物を平行移動させることができる。 The driven object can be moved in parallel by fixing the driven object in the center of the displacement portion 7. しかも、変位部分7の一方端部だけを固定していたのでは、フリーな端部がフレーム部1上を滑って起歪層4に発生した内部応力が逃げるが、本発明の電気信号変位変換装置A1 Moreover, than only one end of the displacement portion 7 has been fixed, but internal stress free end occurs in the strain generating layer 4 slipped over the frame portion 1 escapes, electrical signals displacement transducer of the present invention device A1
では変位部分7の両側を固定しているので、大きな厚み方向変位量を得ることができる。 In Since both sides of the displacement portion 7 is fixed, it is possible to obtain a large thickness direction displacement amount. さらに変位部分7は両端の固定部分6を固定されているだけであって、両側縁は固定も拘束もされていないので、変位部分7は撓み易く、大きな厚み方向変位量を出力できる。 Further displacement portion 7 is a merely fixed the fixed part 6 at both ends, since both side edges has not been nor constrained fixed displacement portion 7 is more flexible, capable of outputting a large thickness direction displacement amount. この結果、変位部分7はブリッジ形に変形することによって動作部2 As a result, the operation section 2 by the displacement portion 7 to deform the bridge type
の横方向伸縮量を厚み方向の変位量に拡大して変換する変位拡大機構としての機能も持ち、大きな変位量を出力できる。 The lateral expansion amount functions as a displacement enlarging mechanism for converting expanding to the displacement of the thickness direction has, can output a large amount of displacement.

【0049】図6に示すものは本発明の別な実施例による電気信号変位変換装置A2を示す斜視図であって、電気信号線8を接続する側の固定部分6において上下の電極層5a,5b同志が絶縁層9によって電気的に分離されている。 The one shown in FIG. 6 is a perspective view showing an electric signal the displacement converter A2 according to another embodiment of the present invention, the upper and lower electrode layers 5a in the fixed part 6 of the side connecting the electric signal line 8, 5b each other are electrically isolated by the insulating layer 9. すなわち、一方の固定部分6において、下側の電極層5bの端部から延長することによってフレーム部1の上面に電極引き出し配線10bを設け、下側の電極層5b、電極引き出し配線10b及び起歪層4の各端部を絶縁層9により覆っている。 That is, in one fixed part 6, the electrode lead-out wire 10b provided on the upper surface of the frame portion 1 by extending from an end portion of the lower electrode layer 5b, the lower electrode layer 5b, the electrode lead-out lines 10b and the strain generating each end of the layer 4 is covered by the insulating layer 9. 上側の電極層5aの端部を延長した電極引き出し配線10aは絶縁層9の上面を通ってフレーム部1の上面へ導かれている。 Electrode lead wire 10a that extending the end portion of the upper electrode layer 5a is guided to the upper surface of the frame portion 1 through the upper surface of the insulating layer 9. なお、絶縁層9としては、形成プロセスが確立しているシリコン酸化膜もしくはシリコン窒化膜を用いることができる。 As the insulating layer 9, a silicon oxide film or a silicon nitride film formation process is established it can be used.
従って、絶縁層9によって上下電極層5a,5b間の電気的リークを確実に防ぐことができ、安定した動作特性を得ることができる。 Thus, the upper and lower electrode layers 5a by an insulating layer 9, it is possible to reliably prevent electrical leakage between 5b, it is possible to obtain stable operation characteristics. 電極引き出し配線10a,10b Electrode lead wires 10a, 10b
の端部には電気信号線8を接続するためのパッド部11 Pad portion 11 for the end portion connecting the electric signal line 8
a,11bが設けられている。 a, 11b are provided. なお、図6では電極引き出し配線10a,10bはフレーム部1の上面に形成されているが、フレーム部1の側面又は下面へ導かれていてもよい。 Incidentally, FIG. 6, the electrode lead-out wiring 10a, 10b is formed on the upper surface of the frame portion 1, may be guided to the side surface or lower surface of the frame portion 1.

【0050】図7に示すものは本発明のさらに別な実施例による電気信号変位変換装置A3を示す斜視図である。 [0050] as shown in FIG. 7 is a perspective view showing an electric signal the displacement converter A3 according to still another embodiment of the present invention. この実施例では、電極層5a,5bの厚みが上下で異なっており、図示のように上側の電極層5aの厚みが下側の電極層5bの厚みよりも大きくなっている。 In this embodiment, the electrode layers 5a, 5b thickness is different in upper and lower, the thickness of the upper electrode layer 5a as shown is greater than the thickness of the lower electrode layer 5b. あるいは、下側の電極層5bの厚みが上側の電極層5aの厚みより大きくなっていてもよい。 Alternatively, it may also be the thickness of the lower electrode layer 5b is larger than the thickness of the upper electrode layer 5a. このように電極層5 Thus electrode layer 5
a,5bの厚みを上下で異ならせることにより変位部分7を上下どちら側に座屈変位させるかを決めることができる。 a, it is possible to decide whether to buckling displace the displacement portion 7 up and down either side by varying the thickness of 5b in the vertical.

【0051】また、動作部2の実効的な剛性を低下させて変位部分7を変形し易くするため、動作部2(特に変位部分7)に開口12や膜厚変化部13を設けている。 [0051] In order to facilitate deformation of the displacement portion 7 to lower the effective rigidity of the operation portion 2 is provided an operation part 2 opening 12 and the thickness changing portion 13 (especially the displacement portion 7).
例えば、この実施例では、固定部分6と変位部分7の境界で動作部2が屈曲し易くするため、変位部分7の端において上下の電極層5a,5b及び起歪層4に開口12 For example, in this embodiment, since the operation portion 2 is easily bent at the boundary of the fixed portion 6 and the displacement portion 7, the upper and lower electrode layers 5a at the end of the displacement portion 7, opened to 5b and strain-generating layer 4 12
をあけている。 It has opened the. また、厚みの大きな側の電極層5aに適宜間隔で薄肉の膜厚変化部13を設け、膜厚変化部13 Further, it provided the thin film thickness change section 13 at appropriate intervals to a large side electrode layer 5a having a thickness, the thickness varying portion 13
で変位部分7を曲り易くしている。 In are easy to the displacement portion 7 bend. よって、同じ電気信号入力に対して変位部分7の厚み方向への変位量をより大きくすることができる。 Therefore, it is possible to further increase the displacement amount in the thickness direction of the displacement portion 7 with respect to the same electrical signal input. 但し、これら開口12及び膜厚変化部13は、変位部分7の中心を通り変位部分7の幅方向に延びた軸に関して両固定部分6側で線対称に形成され、かつ、変位部分7の中心を通り変位部分7の長さ方向に延びた軸に関して両側で線対称に形成されていることが、ねじれ変形を起こすことなく、有効に変位量を拡大するために必要である。 However, the openings 12 and the thickness changing portion 13 is formed symmetrically in both the fixed portion 6 side with respect to the axis extending the center of the displacement portion 7 in the width direction of the street displacement portion 7, and the center of the displacement portion 7 it without causing torsional deformation, it is necessary to enlarge the effective amount of displacement that are formed in line symmetry at opposite sides with respect to an axis extending in the longitudinal direction of the street displacement portion 7 a.

【0052】上下の電極層5a,5bないしそこから引き出されている電極引き出し配線10a,10b同志の絶縁は、下側の電極層5bの端部を起歪層4で覆うことによって行なっている。 [0052] upper and lower electrode layers 5a, 5b or are derived therefrom electrode lead wire 10a, the insulation 10b comrades, is performed by covering the end portion of the lower electrode layer 5b at the strain generating layer 4.

【0053】なお、開口12や膜厚変化部13の設け方は、図示例に限ることなく、任意に設けることができることはもちろんである。 [0053] Incidentally, method of providing the opening 12 and the thickness change section 13 is not limited to the illustrated example, it is a matter of course that can be provided arbitrarily. 例えば、図7では開口12は上下の電極層5a,5b及び起歪層4に設けているが、そのいずれか一部に設けていても差し支えない。 For example, opening 12 in FIG. 7 is the upper and lower electrode layers 5a, it is provided to 5b and strain-generating layer 4, no problem even if provided in a part thereof either. 例えば、 For example,
膜厚の大きな電極層5aにのみ設けるようにしてもよい。 It may be provided in large electrode layer 5a having a thickness of only. さらに、変位部分7の端部のみでなく、変位部分7 Furthermore, not only the end of the displacement portion 7, the displacement portion 7
の中央寄りに設けてもよい。 It may be provided on the closer to the center. また、薄肉状の膜厚変化部13を他方の電極層5bにも設けても差し支えない。 In addition, there is no obstacle to be provided thin-walled thickness change section 13 to the other electrode layer 5b. 逆に、厚肉状の膜厚変化部13を変位部分7の中央に設けて変形しにくくすることにより、平行移動する領域を広くすることもできる。 Conversely, by less deformable by providing the thick-like thickness change section 13 in the center of the displacement portion 7, it is also possible to widen the area of ​​translation.

【0054】図8に示すものは本発明のさらに別な実施例による電気信号変位変換装置A4を示す斜視図であって、電極層5a,5b間の起歪層4の一部を起歪層4よりもヤング率の小さな絶縁材料からなる弾性体層14に置き換えている。 [0054] as shown in FIG. 8 is a perspective view showing an electric signal the displacement converter A4 according to still another embodiment of the present invention, the strain-generating layer electrode layer 5a, a portion of the strain generating layer 4 between 5b It is replaced by the elastic layer 14 made of a small insulating material Young's modulus than 4. この弾性体層14に置き換える領域は動作部2の撓みを大きくしたい領域であって、弾性体層14としては形成プロセスの確立しているポリイミド等のポリマー材料を用いることができる。 Region replaced with the elastic layer 14 is a region to be larger deflection operating portion 2, as the elastic layer 14 may be using a polymer material such as polyimide which has established the formation process. 例えば図8に示す実施例では、固定部分6及び変位部分7の端部領域にかけて弾性体層14を設け、弾性体層14の領域で動作部2をフレーム部1に固定している。 For example, in the embodiment shown in FIG. 8, the elastic layer 14 is provided over the end region of the fixed part 6 and the displacement portion 7 are fixed to the operation section 2 to the frame part 1 in the region of the elastic layer 14. このように起歪層4の一部をヤング率の小さな弾性体層14に置換することによっても動作部2の実効的な剛性を小さくすることができ、変位部分7の厚み方向変位量を拡大することができる。 Enlarge this way also it is possible to reduce the effective stiffness of the operating portion 2 by replacing a portion of the strain generating layer 4 into small elastic layer 14 of the Young's modulus, the thickness direction displacement amount of the displacement portion 7 can do. 特に、固定部分6と変位部分7との境界領域を弾性体層14に置換すると、動作部2の曲げに使用されるエネルギーが少なくて済むので、他領域に使用する場合に比べて大きな変位量を得ることができる。 In particular, replacement of the boundary region between the fixed part 6 and the displacement portion 7 in the elastic body layer 14, since fewer energy used bending operation portion 2, a large amount of displacement as compared with the case of using the other region it is possible to obtain. 但し、この弾性体層14による置換の場合にも、変位部分7のねじれ変形防止のため、開口12や膜厚変化部13の場合と同様、動作部2の幅方向及び長さ方向に線対称に設ける必要がある。 However, in the case of substitution with the elastic body layer 14, the displacement portion 7 for torsional deformation preventing, opening 12 and similarly to the film thickness change section 13, the width direction of the operation portion 2 and the longitudinal line of symmetry it is necessary to provide to.

【0055】図9に示すものは本発明のさらに別な実施例による電気信号変位変換装置A5を示す斜視図であって、起歪層4及び電極層5a,5bの合成ヤング率よりもヤング率の大きな絶縁材料からなる無変形部15を動作部2の一部に設けている。 [0055] as shown in FIG. 9 is a perspective view showing an electric signal the displacement converter A5 according to still another embodiment of the present invention, Okoshiibitsuso 4 and the electrode layer 5a, the Young's modulus than synthesizing the Young's modulus of 5b It is provided with a non-deformable portion 15 consisting of a large insulating material in a part of the operation portion 2. この無変形部15は変位部分7の中央部に付加するように設けてもよく、あるいは変位部分7の中央部を置換するように設けてもよい。 The undeformed portion 15 may be provided to be attached to the central portion of the displacement portion 7, or the center portion of the displacement portion 7 may be provided to replace. このように変位部分7の中央部に無変形部15を設けると、変位部分7が電気信号の入力により変形しても中央の無変形部15は変形することなく平行移動するか、あるいは極めてわずかな変形で平行移動し、平行移動する領域を広くすることができる。 In this way the center portion of the displacement portion 7 provided undeformed portion 15, or the displacement portion 7 is central undeformed portion 15 be deformed in response to input of an electrical signal is moved in parallel without deforming, or very little parallel move Do deformation, it is possible to increase the area by which to translate. 従って、この実施例は、 Thus, this embodiment,
電気信号変位変換装置A5の変位出力部分が完全に平行である必要がある用途に使用するのに有効な構造である。 Displacement output portion of the electric signal the displacement converter A5 is an effective structure for use in applications that must be completely parallel. 但し、この無変形部15も、変位部分7のねじれ変形防止のため、開口12や膜厚変化部13等の場合と同様、動作部2の幅方向及び長さ方向に線対称に設ける必要がある。 However, the undeformed portion 15 also, because of the torsional deformation preventing displacement portion 7, as in the case of such opening 12 and the thickness changing portion 13, needs to be provided in the width direction and the linear symmetry in the longitudinal direction of the operation portion 2 is there.

【0056】図10に示すものは本発明のさらに別な実施例による電気信号変位変換装置A6を示す斜視図であって、フレーム部1の上に少なくとも2つ以上の複数の動作部2a,2b,2cを有している。 [0056] as shown in FIG. 10 is a perspective view showing an electric signal the displacement converter A6 according to still another embodiment of the present invention, at least two of the plurality of operation portions 2a on the frame portion 1, 2b It has a 2c. これらの動作部2a,2b,2cはそれぞれのパッド部11a,11b These operations unit 2a, 2b, 2c each pad portions 11a, 11b
から独立して電気信号を入力できるようになっているので、それぞれ厚み方向の変位出力のための動作部2a, Since to be able to input an electrical signal independent of the operation portion 2a for each thickness direction displacement output,
2b,2cとして使用することができる。 2b, it can be used as 2c.

【0057】しかし、図10に示すように複数の動作部2a,2b,2cを有する電気信号変位変換装置A6の場合には、重要な駆動方法がある。 [0057] However, in the case of an electric signal the displacement converter A6 having a plurality of operation portions 2a, 2b, 2c as shown in FIG. 10, there is a significant driving method. すなわち、一部の動作部2b,2cの起歪層4に引っ張り応力を発生させることにより、フレーム部1を内側へ撓ませて各固定部分6間の距離を小さくし、起歪層4に圧縮応力を発生している動作部2aの変位量を拡大することである。 That is, a part of the operation unit 2b, by generating a tensile stress in the strain generating layer 4 2c, to reduce the distance between the fixed portion 6 by bending the frame portion 1 inward, compressing the Okoshiibitsuso 4 it is to increase the displacement amount of the operation portion 2a which generates stress. 具体的にいうと、各動作部2a,2b,2cはフレーム部1上に平行に配置され、それぞれ両端の固定部分6がフレーム部1に固定されている。 Specifically, the operation unit 2a, 2b, 2c are arranged parallel to the upper frame portion 1, the fixed part 6 of the both ends are fixed to the frame part 1. この複数の動作部2a,2 The plurality of operating section 2a, 2
b,2cのうち例えば中央の動作部2aにおいては起歪層4に横伸張歪を発生させて固定部分6間の変位部分7 b, the displacement portion between the fixed portion 6 by generating a transverse tensile strained strain generating layer 4 is for example in the center of the operation portion 2a of the 2c 7
に圧縮応力を生じさせ、当該動作部2aの変位部分7を厚み方向に変位させる。 Causing compressive stress in, displacing the displacement portion 7 of the operating part 2a in the thickness direction. 同時に、両側の動作部2b,2 At the same time, both sides of the operation unit 2b, 2
cにおいては、起歪層4に横収縮歪を発生させて固定部分6間の変位部分7を収縮させ、この収縮力によってフレーム部1を内側へ撓ませ、各固定部分6間を接近させる。 In For c, to generate a transverse shrinkage strain Okoshiibitsuso 4 a displacement portion 7 between the fixed portion 6 to contract, thereby bending the frame portion 1 to the inside by the shrinkage force to approximate between the fixed part 6. この結果、中央の動作部2aは電気信号入力によって長さ方向に延びて厚み方向に座屈して変位すると同時に、固定部分6間の距離が短くなるので、中央の動作部2aの変位量が拡大されることになる。 As a result, the center of the operation portion 2a at the same time displaced buckles in the thickness direction and extend in the longitudinal direction by an electrical signal input, since the distance between the fixed portion 6 becomes short, the amount of displacement of the center of the operation portion 2a is larger It is is will be. ここで、一部の動作部2aは伸張させて圧縮応力を発生させ、他の動作部2b,2cは収縮させて引っ張り応力を発生させるためには、各動作部2aと2b,2cに同一の電気信号を極性を反転させた状態で入力することがもっとも簡便な方法である。 Here, the part of the operation portion 2a to generate compressive stress is extended, the other operation unit 2b, 2c in order to generate a tensile stress by shrinkage is the operation portion 2a and 2b, 2c in the same it is the most convenient way of inputting an electric signal in an inverted state of the polarity. さらに、図10に示すように、変位出力用の動作部2aと変位拡大用の動作部2b,2cで寸法(例えば、動作部2a,2b,2cの幅)を異ならせることにより、電気信号の強度に対する変位量の大きさを制御することができる。 Furthermore, as shown in FIG. 10, the operation unit 2b for displacement amplifying the operation portion 2a for displacement output, dimensions 2c (e.g., operation unit 2a, 2b, the width of 2c) by varying the, the electrical signal it is possible to control the magnitude of the displacement amount with respect to strength.

【0058】また、フレーム部1を、図10に示すように、外枠部16内に弾性ビーム18によって一対の可動部(もしくは、1つの可動部)17を支持した構造とし、各動作部2a,2b,2cの両側固定部分6を両可動部17に(もしくは、一方の固定部分6を可動部17 [0058] Also, the frame unit 1, as shown in FIG. 10, the pair of movable portions by a resilient beam 18 to the outer frame portion 16 (or one of the movable portion) and supporting the 17 structure, the operation unit 2a , 2b, both sides fixed part 6 of 2c at both the movable portion 17 (or, the movable portion 17 of one of the fixed part 6
に、他方の固定部分6を外枠部16に)固定すれば、可動部17が容易に弾性変位するので、変位拡大用の動作部2b,2cにより固定部分6間の距離を変化させ易くなり、さらに大きな変位量を得ることが可能になる。 To, the outer frame portion 16 and the other fixed part 6) be fixed, since the movable portion 17 easily elastically displaced, the operation unit 2b for displacement enlarging, easily changing the distance between the fixed portion 6 by 2c , it is possible to obtain a larger displacement.

【0059】なお、上記のいずれの実施例においても、 [0059] In any embodiment above,
動作部2は、図11の電気信号変位変換装置A7のように、2層以上の起歪層4、特に異種の起歪層4と、3層以上の電極層5a,5b,5c,…を積層した構造となっていてもよい。 Operation unit 2, as the electric signal the displacement converter A7 in FIG. 11, two or more layers of the strain layer 4, especially the strain generating layer 4 disparate, three or more layers of the electrode layers 5a, 5b, 5c, ... a it may become a laminated structure. この電気信号変位変換装置A7の場合には、異なる起歪層4の圧電定数や厚み、幅等を調整することにより、座屈を起こす電圧V Eや変位量を調整することができる。 In the case of the electric signal the displacement converter A7 differs strain generating layer 4 of the piezoelectric constant and thickness, by adjusting the width and the like, it is possible to adjust the voltage V E and a displacement amount of buckling occurs. また、図12の電気信号変位変換装置A8に示すように、電気信号の入力されていない状態で動作部2が湾曲した構造としても良い。 Further, as shown in an electric signal the displacement converter A8 in FIG. 12, the operation unit 2 in a state that is not the input of the electrical signal may be a curved structure. また、図13に示す電気信号変位変換装置A9のように、動作部2の全周をフレーム部1に固定し、この全周にわたる固定部分6により囲まれた変位部分7が膜状に変位するようにしてもよい。 Also, as in the electric signal the displacement converter A9 shown in FIG. 13, to secure the entire periphery of the operating portion 2 on the frame portion 1, the displacement portion 7 surrounded by the fixed portion 6 over the entire periphery is displaced into a film it may be so.

【0060】次に、本発明の電気信号変位変換装置の応用について説明する。 Next, a description will be given application of an electric signal the displacement converter of the present invention. この電気信号変位変換装置は上記のように電気信号を入力すると変位部分で変位量を出力する(電気エネルギー→機械エネルギー変換)ので各種機器のアクチュエータとして用いることができる。 Since the electric signal the displacement converter outputs a displacement amount of the displacement portion for inputting an electrical signal as described above (electrical energy → mechanical energy conversion) can be used as an actuator for various devices. また、この起歪層によるエネルギー変換は可逆的な現象であるので、逆方向のエネルギー変換も可能である。 The energy conversion by the strain generating layer because it is reversible phenomenon, it is also possible energy conversion in the reverse direction. すなわち、変位部分に外力が加わると、それに応じた電気信号が出力される(機械エネルギー→電気エネルギー変換)ので、各種機器のセンサとして用いることもできる。 That is, when an external force is applied to the displacement portion, since the electrical signal corresponding thereto is output (mechanical energy → electrical energy conversion), it can be used as a sensor of various devices. 以下に示すように本発明の電気信号変位変換装置を各種アクチュエータや各種センサ等に使用すれば、構造が簡単で小型のアクチュエータやセンサ等を製作することができ、電気信号線から入力する電気信号だけで簡単に制御することができる。 Using an electric signal the displacement converter of the present invention to various actuators and various sensors as described below, can be structured to manufacture a simple and compact actuator, or sensor, electric signal which is input from the electric signal line it can be easily controlled with only.

【0061】図14は本発明の電気信号変位変換装置2 [0061] Figure 14 is an electric signal the displacement converter 2 of the present invention
1を用いた光スキャナB1を示す概略断面図である。 1 is a schematic sectional view showing an optical scanner B1 using. この光スキャナB1にあっては、電気信号変位変換装置2 In the optical scanner B1, an electric signal the displacement converter 2
1の変位部分7の表面、例えば電極層5aの上に光反射面22を形成してあり、電気信号線(入力用)8に駆動回路23が接続されている。 Surface of the first displacement portion. 7 are formed a light reflection surface 22, for example, on the electrode layer 5a, the drive circuit 23 is connected to an electrical signal line (input) 8. しかして、光源24から出射された光ビーム25を変位部分7の中央から外れた位置の光反射面22で反射させておき、駆動回路23から例えば交流電圧信号(又は直流と交流の重畳信号)を入力させて動作部2の変位部分7を上下に振動させると、 Thus, (superimposed signal with or DC-AC) in advance by reflecting light beams 25 emitted from the light source 24 by the light reflecting surface 22 at a position deviated from the center of the displacement portion 7, the driving circuit 23 for example alternating voltage signal When it is inputted to vibrate the displacement portion 7 of the operating unit 2 up and down,
図14に示すように光反射面22で反射された光ビーム25は変位部分7の振動に対応して走査される。 The light beam 25 reflected by the light reflecting surface 22 as shown in FIG. 14 is scanned in response to vibration of the displacement portion 7.

【0062】図15は本発明の電気信号変位変換装置2 [0062] Figure 15 is an electric signal the displacement converter 2 of the present invention
1を用いたリレーB2を示す概略断面図である。 1 is a schematic sectional view showing a relay B2 using. この実施例にあっては、動作部2と間隔をあけてフレーム部1 In the this embodiment, the frame portion 1 by opening the operation unit 2 and the distance
の上に対向基板26を接合している。 It joins the counter substrate 26 over the. 変位部分7の上面には絶縁膜27を介して第1のスイッチング用電極28 The upper surface of the displacement portion 7 a via the insulating film 27 1 of the switching electrode 28
を設け、対向基板26の内面にはスイッチング用電極2 The provided, on the inner surface of the counter substrate 26 is a switching electrode 2
8と対向する第2のスイッチング用電極29を設けてあり、スイッチング用電極29は対向基板26のスルーホール30を通って対向基板26の上面へ導かれている。 It is provided with a 8 and the second switching electrode 29 facing the switching electrode 29 is guided to the upper surface of the counter substrate 26 through the through hole 30 of the counter substrate 26.
両スイッチング用電極28,29は図15に示すように二次側回路に接続するようになっている。 Both switching electrodes 28 and 29 are adapted for connection to the secondary side circuit as shown in FIG. 15.

【0063】しかして、電気信号変位変換装置21の電気信号線(入力用)8を一次側回路に接続してあると、 [0063] Thus, an electric signal the displacement converter 21 of the electrical signal line (input) 8 is connected to the primary circuit,
一次側回路から電気信号線8に電圧が印加されていない場合には、動作部2は平板状に保持されているので、両スイッチング用電極28,29同志は離間しており、二次側回路は開かれている。 When the voltage on the electric signal line 8 from the primary circuit is not applied, since the operation portion 2 is held in a flat plate shape, both switching electrodes 28 and 29 each other are spaced apart, the secondary circuit It is open. これに対し、一次側回路により電気信号線8に所定値V E以上の電圧が加えられると、動作部2が座屈して両スイッチング用電極28,2 In contrast, when the electric signal line 8 or more voltage a predetermined value V E applied by the primary circuit, the operation section 2 is buckled to both switching electrodes 28,2
9同志が接触し、二次側回路が閉じる。 9 comrades contacts, the secondary circuit is closed. また、このとき一次側回路と二次側回路とは絶縁膜27によって絶縁され互いに分離されている。 Moreover, are separated from each other are insulated by an insulating film 27 and this time the primary circuit and the secondary circuit. このようなリレーB2に本発明の電気信号変位変換装置21を用いると、変位部分7 Using an electric signal the displacement converter 21 of the present invention to such a relay B2, displacement portions 7
の平行移動する部分でスイッチング用電極28,29同志を接触させることができるので、スイッチング用電極28,29同志を確実に接触させることができる。 Since translation portions of the can be contacted switching electrodes 28 and 29 each other, it is possible to reliably contact the switching electrodes 28 and 29 each other. また、スイッチング用電極28,29の接触面積を比較的大きく取ることができるので、リレーB2の抵抗も小さくできる。 Further, it is possible to take a relatively large contact area of ​​the switching electrodes 28 and 29 can be smaller resistance of relay B2.

【0064】図16は本発明の電気信号変位変換装置2 [0064] Figure 16 is an electric signal the displacement converter 2 of the present invention
1を用いた圧力センサB3を示す概略断面図である。 1 is a schematic sectional view showing a pressure sensor B3 with. この圧力センサB3にあっては、動作部2の全周がフレーム部1に固定されており、電気信号変位変換装置21のフレーム部1の下面にガラス基板やシリコン基板等の基板31を接合して当該基板31と変位部分7との間に圧力導入室32を設け、基板31には圧力導入室32に至る圧力導入路33を形成してある。 In the pressure sensor B3 is bonded to the entire circumference is fixed to the frame portion 1, a substrate 31 of a glass substrate or a silicon substrate or the like to the lower surface of the frame portion 1 of the electric signal the displacement converter 21 of the operation section 2 the pressure introduction chamber 32 between the substrate 31 and the displacement portion 7 provided Te, the substrate 31 is formed a pressure introduction path 33 leading to the pressure introduction chamber 32. また、電気信号線(出力用)8は圧力検出回路部34に接続されている。 The electric signal line (output) 8 is connected to the pressure detecting circuit 34.

【0065】しかして、圧力導入路33を通して圧力導入室32に圧力Pが導かれると、外部との差圧によって変位部分7が膜厚方向へ撓む。 [0065] Thus, the pressure P is guided to the pressure introduction chamber 32 through the pressure introduction passage 33, it deflects the displacement portion 7 by the differential pressure with the outside film thickness direction. 変位部分7が撓むと、起歪層4に横歪が発生するので、圧電横効果によって起歪層4に厚み方向の電界が発生し、動作部2の電極層5 When the displacement portion 7 is bent, so Yokoibitsu occurs Okoshiibitsuso 4, an electric field in the thickness direction is generated in the strain generating layer 4 by the piezoelectric transverse effect, the operation portion 2 electrode layer 5
a,5b間に電圧が発生する。 a, a voltage is generated between the 5b. 発生した電圧は変位部分7に加わった力、すなわち圧力によって変化するので、 Forces generated voltage applied to the displacement portion 7, that is, it varies with the pressure,
印加圧力Pは電極層5a,5b間に発生した電気信号から圧力検出回路部34で演算される。 Applied pressure P is calculated electrode layer 5a, from the electrical signal generated between 5b in the pressure detecting circuit 34. このような圧力センサ等のセンサ向用途においても、変位部分7が安定した状態で平行に動くので、良好な検出精度が得られる。 In such a pressure sensor or the like of the sensor toward applications, the displacement portion 7 is moved in parallel in a stable state, good detection accuracy can be obtained.

【0066】図17は本発明の電気信号変位変換装置2 [0066] Figure 17 is an electric signal the displacement converter 2 of the present invention
1を用いた加速度センサB4を示す概略断面図である。 1 is a schematic sectional view showing an acceleration sensor B4 using.
この加速度センサB4は、検出しようとする加速度の方向が動作部2の変位方向と平行となるように配置されており、電気信号線(出力用)8には加速度検出回路部3 The acceleration sensor B4 is arranged so that the direction of acceleration to be detected is parallel to the direction of displacement operation unit 2, the electric signal line (output) 8 acceleration detecting circuit section 3
5が接続されている。 5 is connected.

【0067】しかして、加速度センサB4が加速度を感知すると、その慣性力によって図17のように変位部分7が変位する。 [0067] Thus, the acceleration sensor B4 to sense acceleration, displacement portion 7 as shown in FIG. 17 by the inertial force is displaced. 加速度検出回路部35は、加速度による動作部2の変形により発生した電圧を検出し、その加速度を演算する。 Acceleration detecting circuit 35 detects the voltage generated by the deformation of the active portion 2 by the acceleration, and calculates the acceleration. あるいは、振動センサとして振動の強さや変化も検出することができる。 Alternatively, it is also possible to detect the intensity and change in the vibration as a vibration sensor. また、図18の加速度センサB5のように変位部分7の中央部に重り36を固定しておけば、加速度の検出感度を増加させることができる。 Further, it is possible if to the weight 36 is fixed to the central portion of the displacement portion 7 as the acceleration sensor B5 in FIG. 18, to increase the detection sensitivity of the acceleration.

【0068】図19は本発明の電気信号変位変換装置2 [0068] Figure 19 is an electric signal the displacement converter 2 of the present invention
1を用いた流量調整用もしくは開閉用のバルブ装置(マイクロバルブ)B6を示す概略断面図である。 Flow rate adjustment or the valve device for opening and closing using 1 is a schematic sectional view showing a (microvalve) B6. このバルブ装置B6にあっては、流体の流れる流体管37の側壁を一部開口して当該側壁開口38に電気信号変位変換装置21のフレーム部1を水密的に嵌合させたものである。 The In the valve device B6, in which was the frame portion 1 of the side wall of the fluid conduit 37 of fluid flow by partially opening the side wall openings 38 into an electric signal the displacement converter 21 watertightly fitted. この電気信号変位変換装置21にあっても、流体が外部へ漏れないように動作部2は全周をフレーム部1に接合されている。 Also in this electric signal the displacement converter 21, the operation unit 2 so that fluid does not leak to the outside is bonded to the entire circumference to the frame portion 1. しかして、バルブコントローラ39から電気信号線(入力用)8に印加する電圧を変化させることによって変位部分7の変位量を変化させることができるので、変位部分7を大きく変位させて流体通路40 Thus, it is possible to vary the displacement of the displacement portion 7 by changing the voltage applied from the valve controller 39 into an electric signal line (for input) 8, the fluid passage increases by displacing the displacement portion 7 40
の開度を狭くしたり、変位部分7の変位を小さくして流体通路40の開度を広くしたりでき、これによって流体の流量を制御することができる。 Or narrowing the opening, reducing the displacement of the displacement portion 7 can broadly or the opening of the fluid passage 40, whereby it is possible to control the flow rate of the fluid. 従って、このバルブ装置B6によれば、非常に小さなバルブ装置B6を簡単な構造で実現でき、流体流量の微調整が可能になり、コストも安価にできる。 Therefore, according to this valve device B6, very possible to realize a small valve device B6 with a simple structure, it allows fine adjustment of the fluid flow, and the cost can be made inexpensive. 図19では、動作部2ないし電気信号変位変換装置21が直接流体に接触しているが、側壁開口38にゴム等の柔軟なダイアフラムを張り、可動部でダイアフラムを撓ませて流体通路40の開度を調整するようにしてもよい。 In Figure 19, the operating unit 2 to an electric signal the displacement converter 21 is in contact with the fluid directly, tension a flexible diaphragm of rubber or the like on the side wall opening 38, the opening of the fluid passage 40 by bending the diaphragm by the movable portion degrees may be adjusted. また、動作部2にゴム等の弁を設けて流体通路40を完全に閉じられるようにすれば、開閉用としても使用できる。 Moreover, if such is completely closed the fluid passage 40 provided with a valve such as rubber operation unit 2, it can also be used for the opening and closing.

【0069】図20は本発明の電気信号変位変換装置2 [0069] Figure 20 is an electric signal the displacement converter 2 of the present invention
1を用いた流速センサB7を示す概略断面図である。 It is a schematic sectional view showing a flow rate sensor B7 using 1. この流速センサB7にあっては、動作部2は全周をフレーム部1に固定されており、動作部2の下面側(フレーム部1側)に基準圧力p 0を導くようになっている。 In the this flow sensor B7, the operation portion 2 is adapted to being fixed to the entire circumference to the frame portion 1, it leads to a reference pressure p 0 on the lower surface side of the operation portion 2 (frame portion 1 side). また、電気信号変位変換装置21は、動作部2が設けられている側の面を内部にして、流体管41に開けられた側壁開口42に水密的にはめ込まれており、流体通路43 The electric signal the displacement converter 21, and the surface on which the operation section 2 is provided therein, is fitted in watertight to the side wall opening 42 bored in the fluid tube 41, the fluid passage 43
内を流れる流体の流線と動作部2とが平行となるように配置されている。 Streamlines of the fluid flowing through the inner and the operation section 2 is disposed parallel.

【0070】しかして、流体通路43に流れる流体の流速が大きくなると、流体の圧力pが低下し(ベルヌーイの定理)、流体の流速と差圧p 0 −pとの間には例えば図21に示すような関係がある。 [0070] Thus, the flow velocity of the fluid flowing through the fluid passage 43 increases, decreases the pressure p of the fluid (Bernoulli's theorem), between the flow velocity and the pressure difference p 0 -p fluid in FIG. 21, for example relationship such as that shown. 従って、流速検出回路部44により、電気信号線(出力用)8から出力される電圧信号から差圧p 0 −pを求めれば、流体の流速を演算することができる。 Accordingly, the flow rate detecting circuit 44, by obtaining the pressure difference p 0 -p from the voltage signal outputted from the electric signal line (output) 8, it is possible to calculate the flow velocity of the fluid. しかも、このような流速センサB Moreover, such a flow sensor B
7では、動作部2の表面が滑らかな流線形状になるので、流体の流れに影響を与えにくく、流速を検出することによって流体に乱流を生じさせたりすることがない。 In 7, the surface of the operation portion 2 is smooth streamlined shape, hardly affects the flow of fluid, never or cause turbulence in the fluid by detecting the flow rate.
また、動作部2の中央部が平行な状態で流体側へ引き付けられて常に平行な部分で流速を検知できるので、検出精度も良好となる。 Since it detects the flow rate always parallel portions are attracted to the fluid side in a middle portion parallel state of the operation unit 2, it is also the detection accuracy good.

【0071】図22は本発明の電気信号変位変換装置2 [0071] Figure 22 is an electric signal the displacement converter 2 of the present invention
1を用いた振動発生器B8を示す概略断面図である。 It is a schematic sectional view showing a vibration generator B8 using 1. この実施例にあっては、動作部2を振動に適した材質、厚み等となるように設計している。 In the this embodiment, the material suitable for the operation section 2 to the vibration, are designed to have a thickness or the like. 従って、電気信号線(入力用)8から電気信号(交流信号もしくは直流と交流の重畳信号)を入力して機械的な振動を発生させることができる。 Therefore, it is possible to generate a mechanical vibration from the electric signal line (input) 8 to input electrical signal (superimposed signal of the AC signal or a DC and AC). 特に、高周波信号を入力して超音波振動を発生させるようにすれば、例えば超音波洗浄器、超音波加湿器等に用いることができる。 Particularly, by generating ultrasonic vibration by inputting a high frequency signal, for example an ultrasonic cleaner, it can be used for ultrasonic humidifier and the like.

【0072】さらに、図23の振動発生器B9に示すように、変位部分7に可聴域の振動を増幅する振動板45 [0072] Further, as shown in the vibration generator B9 in FIG. 23, the vibration plate 45 for amplifying the vibration in the audible range to the displacement portion 7
を設けることによりスピーカ、イアホーン又はブザー等として使用することができる。 It can be used as a speaker, earpiece or buzzer or the like by providing the.

【0073】図24は本発明の電気信号変位変換装置2 [0073] Figure 24 is an electric signal the displacement converter 2 of the present invention
1を用いた発電機B10を示す概略断面図である。 1 is a schematic sectional view showing a generator B10 using. この実施例にあっては、動作部2で音響エネルギーや振動エネルギー等の物理的エネルギーを受けることができるようになっており、動作部2に音響エネルギー等が入射すると変位部分7が共鳴振動する。 In the this embodiment, the operating unit 2 are adapted to be able to receive a physical energy such as acoustic energy and vibration energy, the operation unit displacement portion 7 and second acoustic energy or the like is incident on the resonate vibration . このとき発生した電力は電気信号線(出力用)8から例えばバッテリーや充電電池等の充電器46へ送られ、充電される。 In this case the power generated is sent from the electric signal line (output) 8 for example to the charger 46 such as a battery or rechargeable battery is charged.

【0074】図25は本発明の電気信号変位変換装置2 [0074] Figure 25 is an electric signal the displacement converter 2 of the present invention
1を用いたマイクロフォンB11を示す概略断面図である。 1 is a schematic sectional view showing a microphone B11 using. この実施例では、動作部2で音声を受けることができるようになっており、動作部2に音声が入射すると変位部分7が共鳴振動する。 In this embodiment, it is adapted to be able to receive a voice operation unit 2, the displacement portion 7 and the voice enters the operation section 2 is resonant. このとき発生した電圧は電気信号線(出力用)8から増幅器47へ入力され、音声信号として例えば音響装置へ出力される。 In this case voltage generated is inputted from the electric signal line (output) 8 to the amplifier 47, is output as an audio signal, for example to the acoustic device.

【0075】図26は本発明の電気信号変位変換装置2 [0075] Figure 26 is an electric signal the displacement converter 2 of the present invention
1を用いたプローブ装置B12を示す概略断面図である。 1 is a schematic sectional view showing a probe unit B12 using. このプローブ装置B12にあっては、動作部2の変位部分7の下面に先端の尖ったプローブ(探針)48が設けられており、プローブ装置B12は微小変位可能なX−Yステージ機構(図示せず)によって水平方向に位置調整可能となっている。 In the probe device B12, and pointed probe (probe) 48 of the tip is provided on the lower surface of the displacement portion 7 of the operating unit 2, probe unit B12 is small displaceable X-Y stage mechanism (FIG. It has become possible position adjustment in the horizontal direction by Shimese not). このプローブ48はシリコン製であって、シリコンウエハを異方性ウエットエッチングすることによってフレーム部1と同時に作製される。 The probe 48 is made of silicon, it is produced at the same time as the frame portion 1 by anisotropic wet etching of silicon wafers.
このプローブ装置B12にあっては、電気信号線(入力用)8から電気信号変位変換装置21に電圧を印加すると、動作部2が座屈変形してプローブ48は下方(Z軸方向)へ平行変位する。 In the probe device B12 is parallel electric signal line from the (input) 8 when a voltage is applied to an electric signal the displacement converter 21, the probe 48 working unit 2 is buckled and deformed downward (Z-axis direction) displacement to.

【0076】このように本発明による電気信号変位変換装置21を用いたプローブ装置B12によれば、比較的大きな変位量(約2μm以上)を高分解能で得ることができるので、例えば走査型トンネル顕微鏡(Scanning T [0076] According to a probe device B12 using an electric signal the displacement converter 21 according to the present invention as described above, it can be obtained relatively large amount of displacement (about 2μm or more) with high resolution, for example, a scanning tunneling microscope (Scanning T
unneling Microscope)のマイクロアクチュエータとして用いることができる。 Can be used as a microactuator unneling Microscope). すなわち、走査型トンネル顕微鏡は、半導体結晶表面の観察など微小な表面粗さの検査を目的とするものであって、3次元的に移動するプローブ48の先端を試料表面49に1nm程度に接近させることにより、プローブ48と試料表面49(原子)とのギャップを越えてトンネル効果により流れる電流が試料表面49の凹凸状態で変化することを利用し、その変化を拡大表示させ、観察するものである。 That is, a scanning tunneling microscope is for the purpose of observation and inspection of the microscopic surface roughness of the semiconductor crystal surface to the tip of the probe 48 to move three-dimensionally close to about 1nm to the sample surface 49 by, by utilizing the fact that the current flowing through the tunnel effect beyond the gap between the probe 48 and the sample surface 49 (atoms) is changed in a concavo-convex state of the surface of the sample 49, to enlarge the change, it is to observe . また、この走査型トンネル顕微鏡のプローブ48で1個の原子を吸着して移動させることも試みられている。 Also, attempts have been made to move by adsorbing the scanning tunneling microscope one atom probe 48. 本発明のプローブ装置B12によれば、極めて小さな寸法にすることができ、しかもプローブ48の変位量としてもナノレベルの変位を得ることができ、しかもトンネル型走査顕微鏡のマイクロアクチュエータに必要な1nm程度以上の変位量を得ることができる。 According to the probe device B12 of the present invention, it can be made very small dimensions, yet can also be obtained displacement nano level as the displacement of the probe 48, moreover 1nm about necessary microactuator tunneling scanning microscope or more can be obtained displacement amount.

【0077】図27は本発明の電気信号変位変換装置2 [0077] Figure 27 is an electric signal the displacement converter 2 of the present invention
1を用いた温度センサB13を示す概略断面図である。 It is a schematic sectional view showing a temperature sensor B13 with 1.
この温度センサB13にあっては、シリコンのフレーム部1の上に、PZTからなる起歪層4の両面にPt電極層5a,5bを形成した動作層2の全周もしくは両端部を固定している。 In the temperature sensor B13 are on the frame portion 1 of the silicon, to fix the entire circumference or both ends of the operating layer 2 formed Pt electrode layer 5a, and 5b on both sides of the strain layer 4 made of PZT there. このような構造では、シリコンのフレーム部1は動作部2よりも熱膨張係数が大きいので、温度が上昇するとフレーム部1と動作部2の熱膨張係数の違いによって動作部2が引っ張られ、動作部2内に引張熱応力が発生する。 In this structure, the frame portion 1 of the silicon because a large thermal expansion coefficient than the operation unit 2, the operation portion 2 is pulled by the difference in the thermal expansion coefficient of the frame portion 1 and operation portion 2 when the temperature rises, the operation tensile thermal stress is generated in the part 2. 逆に、温度が下がるとフレーム部1 Conversely, the frame portion 1 when the temperature drops
と動作部2内に圧縮熱応力が発生する。 Compressive thermal stress is generated within the operation portion 2. この熱応力によって起歪層4に横歪が発生するので、電気信号線(出力用)8からは温度変化に応じた電気信号が出力され、温度検知回路部50は当該電気信号に基づいて温度を演算する。 Since Yokoibitsu occurs strain generating layer 4 by thermal stress, the electrical signal lines from the (output) 8 outputs an electric signal corresponding to the temperature change, the temperature detection circuit unit 50 based on the electric signal Temperature to calculate the. このような構造の温度センサB13では、構造が簡単であるという特徴がある。 In the temperature sensor B13 of this structure is characterized in that the structure is simple.

【0078】また、上記実施例とは逆に、動作部2の熱膨張係数をフレーム部1の熱膨張係数よりも大きくしてもよい。 [0078] Furthermore, contrary to the above embodiment, the thermal expansion coefficient of the operation unit 2 may be larger than the thermal expansion coefficient of the frame portion 1. この場合には、温度変化によって大きな変形を生じる動作部2が薄膜状となっていて熱容量が小さいので、応答性が良くなり、感度良好な温度センサB13を製作することができる。 In this case, since the operation portion 2 to cause larger deformation by temperature change is small heat capacity has become a thin film, the better the response can be made the sensitivity good temperature sensor B13. さらに、同じ効果を得るためには、同じ熱膨張係数を有する上下の電極層5a,5bの上面及び下面に互いに熱膨張係数の異なる薄膜を形成するようにしてもよい。 Furthermore, in order to obtain the same effect, the upper and lower electrode layers 5a having the same thermal expansion coefficient, may be formed of different thin film in thermal expansion coefficient from each other in the upper and lower surfaces of 5b.

【0079】図28は本発明の電気信号変位変換装置2 [0079] Figure 28 is an electric signal the displacement converter 2 of the present invention
1を用いた点字ディスプレイ装置B14を示す説明図、 Explanatory view showing a braille display device B14 with 1,
図29はその構造と動作を示す断面図である。 Figure 29 is a sectional view showing the operation and its structure. この点字ディスプレイ装置B14に用いられている電気信号変位変換装置21はマトリックス型のものであって、1枚のフレーム部1に多数の開口又は凹部3をマトリックス状に設け、各開口又は凹部3の上に動作部2を設けて独立駆動可能にしたものである。 The braille display apparatus B14 electric signal the displacement converter 21 used in the are intended matrix, provided a large number of openings or recesses 3 in a matrix on one of the frame portion 1, each aperture or recess 3 it is obtained by allowing independent drives are provided an operation section 2 above. 各動作部2の上には突起5 Projections on each operating unit 2 5
1が設けられており、突起51は点字1文字に必要な個数だけ縦横に配列されている。 1 is provided, the projections 51 are arranged vertically and horizontally required number Braille one character. この電気信号変位変換装置21の上面にはカバーが被せられており、各突起51 The upper surface of the electric signal the displacement converter 21 which is covered a cover, the protrusions 51
はカバー52に設けられた窓53に臨んでいる。 The faces the window 53 provided in the cover 52. そして、図29の左の突起51のように動作部2が駆動されていない状態では、突起51はカバー52の窓53内に引っ込んでいるが、右の突起51のように動作部2が駆動されると、突起51はカバー52の窓53から飛び出す。 In a state where the operation unit 2 is not being driven as shown in the left of the projections 51 in FIG. 29, although the projections 51 is recessed in the window 53 of the cover 52, the operation portion 2 as shown in the right of the protrusions 51 drive Once the projections 51 jump out from the window 53 of the cover 52. 従って、点字のパターンとなるように所要動作部2 Thus, the required operation unit so that the braille pattern 2
を駆動して突起51を突出させることにより、点字のパターンを点字ディスプレイ装置B14の表面に表示させることができ、この点字ディスプレイ装置B14の上に指を置くと点字を読み取ることができる。 By driving protruding projections 51, the pattern of Braille can be displayed on the surface of the Braille display device B14, it is possible to read the braille when placing a finger on the Braille display device B14.

【0080】この点字ディスプレイ装置B14は、例えばコンピュータを利用した点字翻訳システムB15の出力装置として用いることができる。 [0080] The braille display apparatus B14 can be used for example as the output device for Braille translation system B15 using a computer. 図28には、その一例を示している。 Figure 28 shows an example thereof. 点字ディスプレイ装置B14の電気信号線(バスライン)には、点字翻訳処理部54が接続され、点字翻訳処理部54にはコンパクトディスク(C Electric signal line of the braille display device B14 to (bus line), the Braille translation processing unit 54 are connected, a compact disc (C in Braille translation processing unit 54
D)やフロッピィディスク、カセットテープ等の記憶媒体55から情報を読み出すための読み出し装置56と、 D) or a floppy disk, a read device 56 for reading information from a storage medium 55 such as a cassette tape,
キーボードのような入力装置57が接続されている。 The input device 57 such as a keyboard is connected. しかして、入力装置57から言語が入力されると、点字翻訳処理部54は当該言語を点字に翻訳し、その点字パターンを点字ディスプレイ装置B14に表示させるための制御信号を点字ディスプレイ装置B14へ一定時間毎に送信する。 Thus, when the language is inputted from the input device 57, a predetermined control signal for the Braille translation processing unit 54 translates the language Braille, and displays the Braille pattern in Braille display device B14 to the Braille display device B14 It is transmitted every time. 点字ディスプレイ装置B14では、点字翻訳処理部54から送られてきた制御信号に応じて各突起5 In braille display apparatus B14, the projections in response to a control signal sent from the Braille translation processing unit 54 5
1を突出させたり、引っ込めたりして順次点字を表示する。 Or it is projected to 1, to display the sequentially Braille or retracted. 1つの点字は一定時間(例えば1〜数秒)表示されるが、これは使用者が調整することができる。 One Braille is a predetermined time (e.g., one to several seconds) display, which can be user adjusted. 従って、 Therefore,
この点字ディスプレイ装置B14を用いれば、指先を点字ディスプレイ装置B14の上に置いて静止させているだけで順次点字を読み取ることができ、従来の紙などに穿孔した点字のように指を点字に沿って滑らせる必要がない。 With this braille display device B14, can be read sequentially Braille just by placing by resting on the Braille display device B14 a fingertip along the finger Braille as Braille drilled like conventional paper there is no need to slide Te. 同様に、記憶媒体55が読み出し装置56にセットされると、記憶媒体55に記録されている情報が読み出されて点字翻訳処理部54へ送られ、ここで点字に翻訳され、点字ディスプレイ装置B14に表示される。 Similarly, when the storage medium 55 is set in the read device 56, information recorded in the storage medium 55 is sent to the Braille translation processing unit 54 is read out, where it is translated into Braille, Braille display device B14 It is displayed in.

【0081】図30は本発明の電気信号変位変換装置2 [0081] Figure 30 is an electric signal the displacement converter 2 of the present invention
1を用いたインクジェット方式のプリンタヘッドB16 Inkjet printer head B16 with 1
を示す斜視図である。 Is a perspective view showing a. ここに用いられている電気信号変位変換装置21も1枚のフレーム部1の上に印字ドット数に相当する複数個の動作部2をマトリックス状に配列したものであり、各動作部2は全周をフレーム部1に固定されている。 A plurality of operation unit 2 which corresponds to the number of print dots the electrical signal displacement converter 21 which is used here on a piece of the frame portion 1 are those which are arranged in a matrix, each operating unit 2 is full It is fixed to circumferential to the frame portion 1. また、各動作部2の近傍にはインクを吐出するインクノズル58が配設されている。 The ink nozzles 58 for ejecting ink is disposed in the vicinity of the operation portion 2. しかして、 Thus,
図31(a)に示すように、プリンタの制御部から指定された印字ドットに対応する動作部2には、インクノズル58から一定量のインクが吐出され、動作部2上にインク粒子61が供給される(あるいは、予め全ての動作部2にインク粒子61が供給されていてもよい)。 As shown in FIG. 31 (a), the operation unit 2 corresponding to print dots specified by the control unit of the printer, a certain amount of ink is ejected from the ink nozzle 58, the ink particle 61 on the operation unit 2 it is supplied (or may have the ink particles 61 are supplied in advance all the operation section 2). ついで、印字ドットに対応する動作部2を駆動すると、図3 Next, driving operation portion 2 corresponding to the print dots, Fig. 3
1(b)に示すように、動作部2上のインク粒子61が弾かれてカバー59の窓60から外部へ出射され、紙等の表面に付着する。 As shown in 1 (b), it is repelled ink particles 61 on the operation unit 2 is emitted from the window 60 of the cover 59 to the outside, attached to the surface of paper or the like. このようなプリンタヘッドB16に本発明の電気信号変位変換装置21を用いれば、新規な構造のインクジェット方式のプリンタヘッドを製作することができ、プリンタヘッドを小型軽量化することができる。 The use of electrical signals displacement converter 21 of the present invention to such a printer head B16, it is possible to fabricate the printer head of ink jet system having a novel structure, the printer head can be made smaller and lighter. なお、図30の実施例では、インク粒子61を吐出させるための動作部2をマトリックス状に配列しているが、プリンタヘッドB16の移動方向と直角な方向に沿って1列に配列されていてもよい。 In the embodiment of FIG. 30, the operation unit 2 for ejecting ink particle 61 but are arranged in a matrix, have been arranged in a row along the moving direction perpendicular to the direction of the printer head B16 it may be.

【0082】図32(a)にさらに別な構造のプリンタヘッドB17を示す。 [0082] A printer head B17 still another structure in FIG. 32 (a). このプリンタヘッドB17では、 In the printer head B17,
フレーム部1の開口3に全周固定の動作部2と対向させてノズル口63を開口されたノズル板62を取り付け、 Attaching a nozzle plate 62 which is open the injection port 63 is opposed to the operation unit 2 of the entire periphery fixed to the opening 3 of the frame portion 1,
動作部2とノズル板62との間にインク溜め64を形成している。 Forming an ink reservoir 64 between the operation portion 2 and the nozzle plate 62. しかして、動作部2を動作させて図32 Thus, by operating the operation portion 2 Figure 32
(b)に示すように動作部2を変形させると、インク溜め64内のインク65が圧縮され、ノズル口63から外部へインク粒子66射出される。 When the operation portion 2 is deformed (b), the ink 65 in the ink reservoir 64 is compressed and the ink particles 66 emitted from the nozzle opening 63 to the outside. なお、図示しないがインク粒子66の射出後、インク溜め64にはインク65 The ink 65 on the exit after the ink reservoir 64 of the not shown ink particles 66
が供給される。 There is supplied.

【0083】図33は本発明に係る電気信号変位変換装置21を用いた流体搬送装置B18を示す断面図である。 [0083] Figure 33 is a sectional view showing a fluid transporting device B18 using an electric signal the displacement converter 21 according to the present invention. この流体搬送装置B18にあっては、パイプ状に形成されたフレーム部1内に流体通路67を形成し、パイプ状のフレーム部1の軸方向に沿って設けた少なくとも3個の開口3にそれぞれ全周を固定した動作部2を設けている。 In the fluid transport device B18 has a fluid passage 67 formed in the frame 1 formed in a pipe shape, respectively to at least three openings 3 provided along the axial direction of the pipe-shaped frame portion 1 It is provided an operation portion 2 which is fixed all around. この流体搬送装置B18の両端の接続口68には流体搬送用のパイプ69が接続される。 The both ends of the connecting port 68 of the fluid transfer device B18 connected pipe 69 for fluid conveyance.

【0084】しかして、この流体搬送装置B18の各動作部2を図34及び図35に示すようにして駆動することにより流体搬送装置B18によって流体を強制的に搬送することができる。 [0084] Thus, it is possible to forcibly transport the fluid by the fluid conveying device B18 by driving the operation section 2 of the fluid transport device B18 as shown in FIGS. 34 and 35. すなわち、動作部2はA,B,C That is, the operation unit 2 A, B, C
の3つで一組となっており、各動作部2(A),2 Has become three and one set of each operation unit 2 (A), 2
(B),2(C)は一定時間Δt毎に閉→閉→開のサイクルを繰り返しており、しかも隣合う動作部2(A), (B), 2 (C) is repeatedly closed → closed → open cycle at regular time intervals Delta] t, yet adjacent operating unit 2 (A),
2(B),2(C),…同志では1動作ずつずれている。 2 (B), 2 (C), a ... comrades are shifted by one operation. このような駆動方法では、1つの動作部(例えば、 In such a driving method, one operational unit (e.g.,
2(A))で流体通路67を閉じた状態において、他の2つの動作部(例えば、2(B),2(C))の開閉を入れ替えることにより流体を強制的に搬送方向へ移動させることができる。 In 2 (A)) closed a fluid passage 67, the other two operation portions (e.g., 2 (B), is moved to forcibly transport direction of fluid by switching the opening and closing of 2 (C)) be able to. 従って、流体搬送先の圧力が高い場合でも流体の逆流を起こさせることなく、確実に流体を搬送することができる。 Accordingly, without causing the back flow of fluid even when the pressure of the fluid transport destination is high, it is possible to reliably convey the fluid. また、この駆動方法を実施するには、動作部2は最低3個あればよい。 Further, in carrying out this driving method, the operation unit 2 may if three lowest. もちろん、この基本的な駆動方法を適当にアレンジすることは可能である。 Of course, it is possible to arrange the basic driving method appropriately. 例えば、動作部2を4個一組として、開部分となる動作部2を2個連続させてもよく、それによって流体の搬送量を増加させることができる。 For example, the operation section 2 as a four pair may the operation portion 2 which is opened portion 2 is continuous, thereby increasing the transport of fluid.

【0085】また、図36に示すものは本発明の別な流体搬送装置B19を示す断面図である。 [0085] Also, as shown in FIG. 36 is a sectional view showing another fluid transfer device B19 of the present invention. これは図33に示したような流体搬送装置B18のパイプ状をしたフレーム部1を縦割りに2分割してヒンジ部70から開くことができるようにし、2分割されたフレーム部1A,1 This will be able to open the fluid delivery device frame unit 1 in which the pipe-like B18 as shown in vertically divided into two divided from the hinge portion 70 in FIG. 33, two divided frame portions 1A, 1
Bを係合部71で閉じるようにしたものである。 It is obtained by the close at the engaging portion 71 of the B. なお、 It should be noted that,
この実施例では、動作部2は両端固定のものでもよい。 In this embodiment, the operation unit 2 may be of fixed-fixed.
しかして、係合部71からフレーム部1A,1Bを開いて流体の通る柔軟なゴムチューブやビニールチューブ等のチューブ72を通し、フレーム部1A,1Bを閉じる。 Thus, the frame portion 1A from the engaging portion 71, 1B is passed through the tube 72, such as a flexible rubber tube or vinyl tube through which a fluid opening, the frame portion 1A, closing 1B. この状態で、動作部2を例えば図34及び図35と同様にして駆動すると、チューブ72が動作部2で撓ませられながら流体が搬送される。 In this state, when driven by the operation unit 2 in the same manner as in FIG. 34 and FIG. 35 for example, the fluid is conveyed while tube 72 is flexed by the operation unit 2. このような流体搬送装置B19は、例えば病院等の医療現場で点滴を行なう場合に、点滴液を送るチューブに簡単に脱着して使用することができ、しかもチューブ72の上から使用するので、汚染の恐れもない。 Such fluid transporting device B19, for example in the case of an infusion in the medical field such as hospitals, and easily desorb the tube to send the infusate can be used, and since used from the top of the tube 72, contamination also I fear not. しかも、点滴液を一定速度で精度よく送ることができる。 Moreover, it is possible to send precisely the infusate at a constant speed.

【0086】また、図34及び図35の駆動方法では、 [0086] Further, in the driving method of FIG. 34 and FIG. 35,
動作部2は無負荷状態のフラットな状態を開状態としているが、図33のような流体搬送装置B18において、 Although the operation unit 2 has a flat state of the no-load state to the open state, the fluid transporting device B18 as shown in FIG. 33,
開状態では閉状態と逆極性の駆動電圧を印加させることにより、図37のように動作部2を外へ変位させて開状態とするようにしてもよい。 By applying a driving voltage of the closed state opposite polarity in an open state, it may be an open state by displacing the operation portion 2 to the outside as shown in FIG. 37. 図37のように駆動すれば、動作部2の数を増加させて流体搬送装置B18の寸法を長くすることなく、流体搬送装置B18で搬送する流量を増加させることができる。 If the driving as shown in Figure 37, without increasing the number of operation unit 2 to increase the size of the fluid transfer device B18, it is possible to increase the flow rate for transporting a fluid conveying device B18.

【0087】図38に示すものは本発明の電気信号変位変換装置21を用いた流体搬送装置B18の別な駆動方法を示す説明図、図39はその動作タイムチャートである。 [0087] as shown in FIG. 38 is an explanatory diagram showing another driving method of the fluid transfer device B18 using an electric signal the displacement converter 21 of the present invention, FIG 39 is a operation timing chart. この駆動方法では、4つの動作部2(A),2 In this driving method, four operation portions 2 (A), 2
(B),2(C),2(D)で一組となっており、各動作部2(A),2(B),2(C),2(D),…は一定時間毎に、外側変位(開)→変位なし(開)→内側変位(閉)→変位なし(開)というサイクルを繰り返し、 (B), 2 (C), has a pair in 2 (D), the operation portion 2 (A), 2 (B), 2 (C), 2 (D), ... in predetermined time intervals , without outside displacement (open) → displacement (open) → repeat the cycle of inner displacement (closed) → without displacement (open),
しかも隣合う動作部2(A),2(B),2(C),2 Moreover adjacent operating unit 2 (A), 2 (B), 2 (C), 2
(D)同志で1動作ずつずれている。 (D) are shifted by one operation at each other. 従って、動作部2 Accordingly, the operation section 2
(A),2(B),2(C),2(D)の開閉状態のパターンが図38に示すように順次搬送方向へずれ、流体が搬送方向へ送られる。 (A), 2 (B), 2 (C), the deviation patterns of the opening and closing state of 2 (D) sequentially to the conveying direction as shown in FIG. 38, the fluid is fed to the conveying direction. このような駆動方法は、例えば接着剤をノズルから定量吐出する計量塗布装置や、チューブの先端から一定供給速度で薬品等を滴下させる用途などに用いることができる。 Such a driving method can be used, for example metering coating apparatus and for dispensing the adhesive from the nozzle, such as in applications for dropping chemicals like from the tip of the tube at a constant feed rate.

【0088】 [0088]

【発明の効果】本発明によれば、電気信号変位変換装置の動作前後において、変位部分に平行状態を保持する部分を存在させることが可能であり、無変形部と組合せることによって無変形部の平行な変位を実現することができる。 According to the present invention, the operation before and after the electric signal the displacement converter, it is possible to present the part for holding the parallel state to the displacement portion, undeformed portion by combining the undeformed portion it is possible to realize a parallel displacement of the. これによって、例えば、無変形部で光を反射させたり、駆動対象物を移動させたりするアクチュエータとしての応用においては、反射光ビームや駆動対象物を平行に動かすことが可能になる。 Thus, for example, or by reflecting light by the undeformed portion, in the applications as an actuator or moving the driven object, it is possible to move in parallel with the reflected light beam and driven object.

【0089】また、本発明の電気信号変位変換装置によれば、製作時における起歪層や電極層の内部応力制御も高精度に行なう必要がないため、起歪層や電極層内の応力を取り除くためのアニールプロセスの必要がなく、製作プロセスの工数を減らすことによるコストダウンの効果がある。 [0089] Further, according to the electric signal the displacement converter of the present invention, it is not necessary to perform the high-precision internal stress control of the strain generating layer and the electrode layer at the time of manufacture, the stress of the strain generating layer and the electrode layer without the need for annealing process for removing an effect of cost reduction by reducing the number of steps of the fabrication process.

【0090】また、積層型圧電アクチュエータと比較して、アクチュエータ寸法に対する変位量、変形量も大きくできる。 [0090] As compared with the laminated-type piezoelectric actuator, the displacement amount with respect to the actuator size, amount of deformation can be large.

【0091】さらに、本発明の電気信号変位変換装置では、1枚の起歪層と1組の電極層で構成することができるので、低コスト化、小型化(特に薄型化)が可能となる。 [0091] Further, an electric signal the displacement converter of the present invention, can be configured with strain generating layer of a single and a pair of electrode layers, thereby enabling cost reduction, size reduction (especially thin) is .

【0092】また、この電気信号変位変換装置を各種アクチュエータや各種センサ等に用いることにより、これらのアクチュエータやセンサ等の小型化および低コスト化に貢献することができる。 [0092] Further, by using the electric signal the displacement converter into various actuators and various sensors, it is possible to contribute to downsizing and cost reduction of such these actuators and sensors. さらに、アクチュエータにもセンサにも用いることができるので、アクチュエータとセンサを必要とする用途の場合には、同一プロセスで同一基板上にアクチュエータとセンサを実現することができる。 Furthermore, it is possible to use in the sensor to the actuator, in the case of applications requiring the actuator and sensor can be realized actuators and sensors on the same substrate in the same process.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

【図1】従来の積層型圧電アクチュエータであって、 [1] A conventional laminated piezoelectric actuator,
(a)は電気信号を入力していない状態の正面図、 (A) is a front view of a state that does not enter the electrical signal,
(b)は電気信号を入力した状態の正面図である。 (B) is a front view of a state in which type the electrical signal.

【図2】従来の起歪層を利用した片持ち梁型アクチュエータであって、(a)は電気信号を入力していない状態の正面図、(b)は電気信号を入力した状態の正面図である。 [Figure 2] A cantilever type actuator using a conventional strain generating layer, (a) represents a front view of a state in which no input electrical signal, (b) is a front view of a state in which type the electrical signal it is.

【図3】本発明の一実施例による電気信号変位変換装置を示す斜視図である。 3 is a perspective view showing an electric signal the displacement conversion device according to an embodiment of the present invention.

【図4】(a)(b)(c)は同上の電気信号変位変換装置の動作説明のための概略断面図である。 [4] (a) (b) (c) is a schematic sectional view for explaining the operation of the electric signal the displacement conversion device;.

【図5】電気信号変位変換装置における印加電圧と変位部分の変位量との関係を示す図である。 5 is a diagram showing the relationship between the displacement amount of the applied voltage and the displacement part in the electrical signal displacement converter.

【図6】本発明の別な実施例による電気信号変位変換装置を示す斜視図である。 6 is a perspective view showing an electric signal the displacement conversion device according to another embodiment of the present invention.

【図7】本発明のさらに別な実施例による電気信号変位変換装置を示す斜視図である。 Is a perspective view showing an electric signal the displacement conversion device according to yet another embodiment of the present invention; FIG.

【図8】本発明のさらに別な実施例による電気信号変位変換装置を示す斜視図である。 Is a perspective view showing an electric signal the displacement conversion device according to yet another embodiment of the present invention; FIG.

【図9】本発明のさらに別な実施例による電気信号変位変換装置を示す斜視図である。 Is a perspective view showing an electric signal the displacement conversion device according to yet another embodiment of the present invention; FIG.

【図10】本発明のさらに別な実施例による電気信号変位変換装置を示す斜視図である。 Is a perspective view showing an electric signal the displacement conversion device according to yet another embodiment of the invention; FIG.

【図11】本発明のさらに別な実施例による電気信号変位変換装置を示す概略断面図である。 11 is a schematic sectional view showing an electric signal the displacement conversion device according to yet another embodiment of the present invention.

【図12】本発明のさらに別な実施例による電気信号変位変換装置を示す概略断面図である。 Is a schematic sectional view showing an electric signal the displacement conversion device according to yet another embodiment of the present invention; FIG.

【図13】本発明のさらに別な実施例による電気信号変位変換装置を示す斜視図である。 Is a perspective view showing an electric signal the displacement conversion device according to yet another embodiment of 13 the present invention.

【図14】本発明に係る光スキャナを示す概略断面図である。 14 is a schematic sectional view of an optical scanner according to the present invention.

【図15】本発明に係るリレーを示す概略断面図である。 It is a schematic sectional view showing a relay according to the present invention; FIG.

【図16】本発明に係る圧力センサを示す概略断面図である。 It is a schematic sectional view showing a pressure sensor according to [16] the present invention.

【図17】本発明に係る加速度センサを示す概略断面図である。 17 is a schematic sectional view showing an acceleration sensor according to the present invention.

【図18】本発明に係る別な加速度センサを示す概略断面図である。 18 is a schematic sectional view showing another acceleration sensor according to the present invention.

【図19】本発明に係るバルブ装置を示す概略断面図である。 19 is a schematic sectional view showing a valve device according to the present invention.

【図20】本発明に係る流速センサを示す概略断面図である。 20 is a schematic sectional view showing a flow rate sensor according to the present invention.

【図21】流体の流速と動作部の両面に働く差圧との関係を示す図である。 21 is a diagram showing the relationship between the differential pressure acting on both surfaces of the flow rate and operation of the fluid.

【図22】本発明に係る振動発生器を示す概略断面図である。 22 is a schematic sectional view showing a vibration generator according to the present invention.

【図23】本発明に係る別な振動発生器を示す概略断面図である。 23 is a schematic sectional view showing another vibration generator according to the present invention.

【図24】本発明に係る発電機を示す概略断面図である。 It is a schematic sectional view showing a generator according to FIG. 24 the present invention.

【図25】本発明に係るマイクロフォンを示す概略断面図である。 It is a schematic sectional view showing a microphone according to Figure 25 the present invention.

【図26】本発明に係るプローブ装置を示す概略断面図である。 26 is a schematic sectional view showing a probe apparatus according to the present invention.

【図27】本発明に係る温度センサを示す概略断面図である。 27 is a schematic sectional view showing a temperature sensor according to the present invention.

【図28】(a)(b)は本発明に係る点字ディスプレイ装置を示す説明図である。 [Figure 28] (a) (b) is an explanatory view showing the braille display apparatus according to the present invention.

【図29】同上の点字ディスプレイの構造と動作を示す拡大部分断面図である。 Figure 29 is an enlarged partial sectional view showing the structure and operation of the same braille display.

【図30】本発明に係るプリンタヘッドを示す斜視図である。 It is a perspective view of a printer head according to Figure 30 the present invention.

【図31】(a)(b)は同上のプリンタヘッドの動作説明のための拡大部分断面図である。 [Figure 31] (a) (b) is an enlarged partial sectional view for explaining the operation of the same printer head.

【図32】(a)(b)は本発明に係る別なプリンダヘッドの構造及び動作を説明するための拡大部分断面図である。 [Figure 32] (a) (b) is an enlarged partial sectional view for explaining the structure and operation of another purine da head according to the present invention.

【図33】本発明に係る流体搬送装置の断面図である。 33 is a cross-sectional view of a fluid delivery device according to the present invention.

【図34】(a)(b)(c)(d)は同上の流体搬送装置の動作説明図である。 [Figure 34] (a) (b) (c) (d) is an operation explanatory view of the fluid conveying device;.

【図35】同上の流体搬送装置の駆動タイムチャートである。 FIG. 35 is a drive timing chart of the fluid transfer device;.

【図36】本発明に係る別な流体搬送装置を示す断面図である。 36 is a cross-sectional view showing another fluid delivery device according to the present invention.

【図37】本発明に係る流体搬送装置の別な駆動方法を示す断面図である。 It is a cross-sectional view showing another driving method of the fluid transfer device according to Figure 37 the present invention.

【図38】本発明に係る流体搬送装置のさらに別な駆動方法を示す断面図である。 38 is a cross-sectional view showing still another method of driving a fluid delivery device according to the present invention.

【図39】同上の流体搬送装置の駆動方法のタイムチャートである。 39 is a time chart of the driving method of the fluid transfer device;.

【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS

1 フレーム部 2,2a,2b,2c 動作部 4 起歪層 5a,5b 電極層 6 固定部分 7 変位部分 8 電気信号線 B1 光スキャナ B2 リレー B3 圧力センサ B4,B5 加速度センサ B6 バルブ装置 B7 流速センサ B8,B9 振動発生器 B10 発電機 B11 マイクロフォン B12 プローブ装置 B13 温度センサ B14 点字ディスプレイ装置 B15 点字翻訳システム B16,B17 プリンタヘッド B18 流体搬送装置 1 frame unit 2, 2a, 2b, 2c operation unit 4 Okoshiibitsuso 5a, 5b electrode layer 6 fixed part 7 displacement portion 8 electric signal line B1 optical scanner B2 relay B3 pressure sensor B4, B5 acceleration sensor B6 valve apparatus B7 flow sensor B8, B9 vibration generator B10 generator B11 microphone B12 probe device B13 temperature sensor B14 Braille display device B15 Braille translation system B16, B17 printer head B18 fluid transporting device

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl. 7識別記号 FI G01K 7/00 G01P 15/09 G01L 1/16 H01L 29/84 A G01P 15/09 H02N 2/00 B H01L 29/84 B41J 3/04 103A 41/09 H01L 41/08 M H02N 2/00 U (72)発明者 若林 秀一 京都府京都市右京区花園土堂町10番地 オムロン株式会社内 (56)参考文献 特開 平5−231815(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl. 7 ,DB名) G01B 7/00 - 7/34 G01B 21/00 - 21/32 ────────────────────────────────────────────────── ─── front page continued (51) Int.Cl. 7 identifications FI G01K 7/00 G01P 15/09 G01L 1/16 H01L 29/84 a G01P 15/09 H02N 2/00 B H01L 29/84 B41J 3 / 04 103A 41/09 H01L 41/08 M H02N 2/00 U (72) inventor Shuichi Wakabayashi Kyoto, Kyoto Prefecture Ukyo-ku, Hanazonotsuchido-cho, address 10 Omron within Co., Ltd. (56) reference Patent flat 5-231815 ( JP, a) (58) investigated the field (Int.Cl. 7, DB name) G01B 7/00 - 7/34 G01B 21/00 - 21/32

Claims (23)

    (57)【特許請求の範囲】 (57) [the claims]
  1. 【請求項1】 電界方向と垂直な方向に横歪を発生する少なくとも1層の起歪層を少なくとも2層の電極層により挟んだ構造を有する動作部と、当該動作部を支持するフレーム部とを備え、 前記動作部はフレーム部に固定された部分と、フレーム部に固定されていない変位可能な部分とを有し、当該固定部分は当該固定されていない部分の周囲の少なくとも一部において当該固定されていない部分を挟むように配置されており、前記起歪層の横歪で動作部全体の長さが And 1. A working unit having a field direction and sandwiched by the electrode layers at least one layer of at least two layers of strain-generating layer which generates Yokoibitsu in a direction perpendicular to a frame portion for supporting the operation part wherein the operation portion includes a fixed portion to the frame portion, and a displaceable portion which is not fixed to the frame part, the fixed part the at least a portion of the periphery of the portion that is not the fixed It is arranged so as to sandwich the non-fixed portion, the length of the overall operation portion in the transverse strain of the strain generating layer
    変化することにより、該動作部に厚み方向の変位が生じ By changing the thickness direction of the displacement occurs in said operating unit
    ことを特徴とする電気信号変位変換装置。 Electric signal the displacement converter, characterized in that that.
  2. 【請求項2】 前記電極層のうち少なくとも1層の厚みが他の電極層の厚みと異なっている、請求項1に記載の電気信号変位変換装置。 Wherein at least one layer thickness of the electrode layer is different from the thickness of other electrode layers, an electric signal the displacement converter according to claim 1.
  3. 【請求項3】 前記電極層のうち少なくとも1層において、その電極層の一部分の厚みが他の部分の厚みと異なっている、請求項1に記載の電気信号変位変換装置。 In at least one layer of claim 3, wherein said electrode layer, the thickness of the portion of the electrode layer is different from the thickness of other portions, the electric signal the displacement converter according to claim 1.
  4. 【請求項4】 前記電極層のうち少なくとも1層もしくは起歪層において、その電極層もしくは起歪層の一部分に開口が設けられている、請求項1に記載の電気信号変位変換装置。 4. The at least one layer or strain generating layer of the electrode layer, an opening is provided in a portion of the electrode layer or the strain-generating layer, the electric signal the displacement converter according to claim 1.
  5. 【請求項5】 前記電極層間に、起歪層よりもヤング率の小さな材料で形成された領域を有する、請求項1に記載の電気信号変位変換装置。 To wherein said electrode layers has a region formed with a small material Young's modulus than Okoshiibitsuso, the electric signal the displacement converter according to claim 1.
  6. 【請求項6】 前記動作部の一部が、他の部分よりもヤング率の大きな領域となっている、請求項1に記載の電気信号変位変換装置。 Wherein a portion of the operation portion, than the other portion has a large area of ​​the Young's modulus, electrical signals displacement transducer device of claim 1.
  7. 【請求項7】 複数の動作部と、各動作部の電極層に電気信号を印加する電気信号印加手段とを有し、動作部のうち少なくとも1つに印加される電気信号の極性が、他の動作部に印加される電気信号と逆極性になっており、 7. A plurality of operation portions, and a electrical signal applying means for applying an electrical signal to the electrode layer of each operation unit, the polarity of the electrical signals applied to at least one of the operation portion, the other has become an electrical signal having a polarity opposite to the polarity of the applied to the operation portion,
    フレーム部は動作部からの力によって変形可能となっている、請求項1から6に記載の電気信号変位変換装置。 Frame portion is adapted to be deformed by a force from the operation portion, an electric signal the displacement converter according to claims 1-6.
  8. 【請求項8】 請求項1から6に記載の電気信号変位変換装置と、当該変換装置の変位部分に設けた光反射面と、当該変換装置の変位部分を駆動する駆動手段とを有する光スキャナ。 And an electric signal the displacement conversion apparatus according to claim 8 of claims 1 to 6, the optical scanner having a light reflecting surface provided in the displacement portion of the converter, and a driving means for driving the displacement portion of the converter .
  9. 【請求項9】 請求項1から6に記載の電気信号変位変換装置と、当該変換装置の変位部分を駆動する電気信号印加手段と、当該変換装置の変位部分に設けられた第1 9. A electric signal the displacement converter according to claims 1 6, and an electric signal applying means for driving the displacement portion of the converter, first provided to the displacement portion of the converter
    のスイッチング用電極と、当該第1のスイッチング用電極と対向して設けられた第2のスイッチング用電極とを有するリレー。 Relay having a switching electrode, and the first second switching electrode disposed opposite to the electrode for switching of.
  10. 【請求項10】 請求項1から6に記載の電気信号変位変換装置と、当該変換装置の変位部分を振動させるための電気信号を入力する電気信号印加手段とを有する振動発生器。 10. A vibration generator having an electric signal the displacement converter according to claims 1 6, and an electrical signal applying means for inputting an electrical signal to vibrate the displacement portion of the converter.
  11. 【請求項11】 請求項1から6に記載の電気信号変位変換装置と、当該変換装置の変位部分を振動させるための電気的な音声信号を入力する電気信号印加手段とを有するスピーカ。 11. The speaker having the electric signal the displacement converter according to claims 1 6, and an electrical signal applying means for inputting electrical audio signals for vibrating the displacement portion of the converter.
  12. 【請求項12】 流体を通過させるための通路と、当該通路に動作部の変位部分を臨ませて配置した請求項1から6に記載の電気信号変位変換装置とを備え、流体通路と動作部との間を流れる流体の流量を制御可能としたバルブ装置。 12. comprising a passage for passing the fluid, and an electrical signal displacement transducer according to 6 claim 1 which is disposed to face the displacement portion of the operating portion in the passage, the fluid passage operation portion It can control the flow rate of the fluid flowing between the the valve device.
  13. 【請求項13】 複数の動作部をマトリックス状に配列された請求項1から6に記載の電気信号変位変換装置と、当該各動作部により駆動される触覚により認識可能な複数個の突起とを備えた点字ディスプレイ装置。 And an electric signal the displacement conversion apparatus according to claim 13] The plurality of operation portions claim 1 arranged in a matrix 6, and a recognizable plurality of projections tactilely driven by the respective operation portions Braille display device provided.
  14. 【請求項14】 複数の動作部を配列した請求項1から6に記載の電気信号変位変換装置と、各動作部を駆動することによってインク粒子として吐出させるためのインクを保持する手段とを備えたプリンタヘッド。 Comprising an electric signal the displacement conversion apparatus according to claim 14] 6 claim 1 in which a plurality of operation portions, and means for holding the ink to eject the ink particles by driving each working unit printer head.
  15. 【請求項15】 請求項1から6に記載の電気信号変位変換装置と、当該変換装置の動作部に設けられたプローブとを備えたプローブ装置。 15. A probe apparatus comprising: the electric signal the displacement converter according to claims 1 6, and a probe provided on the operation unit of the converter.
  16. 【請求項16】 請求項1から6に記載の電気信号変位変換装置と、当該変換装置に物理的エネルギーが加わった時に当該変換装置に発生する電気エネルギーを出力する手段とを備えた発電機。 16. A electrical signal displacement converter according to claims 1 6, a generator and means for outputting the electric energy generated to the converter when physical energy is applied to the converter.
  17. 【請求項17】 請求項1から6に記載の電気信号変位変換装置と、当該変換装置の変位部分に検知圧力を導くための圧力導入手段とを備え、 導入された圧力によって前記変換装置の変位部分に発生する電気信号に基づいて当該圧力を検出するようにした圧力センサ。 17. A electrical signal displacement converter according to claims 1 6, and a pressure introducing means for introducing the sensed pressure to the displacement portion of the converter, the displacement of the conversion device by the introduced pressure pressure sensor so as to detect the pressure on the basis of the electrical signal generated in the portion.
  18. 【請求項18】 請求項1から6に記載の電気信号変位変換装置と、加速度によって当該変換装置の変位部分に発生する電気信号に基づいて加速度を検出するようにした加速度センサ。 18. The acceleration sensor to detect the acceleration based electrical signal displacement converter according to claims 1 6, into an electrical signal generated in the displacement portion of the converter by the acceleration.
  19. 【請求項19】 請求項1から6に記載の電気信号変位変換装置と、流体の流速によって変化する流体圧力を当該変換装置の動作部の表面に導く手段とを備え、 動作部の表面に導かれた流体圧力から流体の流速を求めるようにした流速センサ。 Comprising an electric signal the displacement conversion apparatus according to claim 19] of claims 1 to 6, and means for directing fluid pressure that varies with the flow rate of fluid to the surface of the operation portion of the converter, guiding on the surface of the operation portion flow rate sensor so as to obtain the flow rate of fluid from him fluid pressure.
  20. 【請求項20】 請求項1から6に記載の電気信号変位変換装置と、温度変化によって当該変換装置の動作部に熱応力を発生させる手段とを備え、 当該動作部に発生した熱応力から温度又は温度変化を求めるようにした温度センサ。 20. electrical signal displacement converter according to claims 1 6, and a means for generating thermal stress in the operation of the converter by a temperature change, the temperature from the heat stress generated in the operation portion or temperature sensors to determine the temperature change.
  21. 【請求項21】 流体を搬送する流体通路と、当該流体通路に臨ませて設けた少なくとも3個の動作部を有する請求項1から6に記載の電気信号変位変換装置とを備え、 前記動作部を駆動することによって流体通路内の流体を搬送させるようにした流体搬送装置。 Comprising a fluid passage for conveying the 21. The fluid and an electrical signal displacement transducer according to 6 claim 1 having at least three operation portion provided so as to face to the fluid passage, the operating unit fluid conveying apparatus so as to transport the fluid in the fluid passage by driving a.
  22. 【請求項22】 前記各動作部の動作を一定のタイミングで切り換えることによって流体を搬送する請求項21 22. The method of claim transporting the fluid by switching the operation of the respective operating unit at a fixed timing 21
    に記載の流体搬送装置の駆動方法であって、 各動作部を一定タイミングで閉状態、閉状態および開状態の順序で切り換えることを特徴とする流体搬送装置の駆動方法。 A method of driving a fluid transfer device, a closed state at a certain time each operation unit, the driving method of the fluid transfer device characterized by switching in the order of the closed state and the open state according to.
  23. 【請求項23】 前記動作部を流体通路側へ変位させて流体流路を閉じた状態と、動作部を変位させない状態と、動作部を流体通路と反対側へ変位させて流体通路を広くした状態とを一定のタイミングで切り換えることによって流体を搬送する請求項21に記載の流体搬送装置の駆動方法であって、 各動作部を一定タイミングで流体通路側への変位状態、 And state 23. closed and allowed to fluid flow path displacing the operation portion to the fluid passage side, and a state which does not displace the operation portion, the operation portion is wider fluid path is displaced to the opposite side of the fluid passage a and a state driving method of the fluid delivery device according to claim 21 for conveying a fluid by switching at a fixed timing, displacement state of the fluid passage side of each operating unit at a constant timing,
    変位させない状態、流体通路と反対側への変位状態および変位させない状態の順序で切り換えることを特徴とする流体搬送装置の駆動方法。 State not displaced, a driving method of a fluid conveying apparatus characterized by switching in the order of state not to displacement state and the displacement to the side opposite to the fluid passage.
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