JP5532617B2 - Piezoelectric actuator - Google Patents

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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Description

本発明は、圧電素子を用いた圧電アクチュエータに関し、より詳細には、圧電素子に圧電素子の変形を受けて変位する部材が連結されている圧電アクチュエータに関する。   The present invention relates to a piezoelectric actuator using a piezoelectric element, and more particularly to a piezoelectric actuator in which a member that is displaced by deformation of a piezoelectric element is connected to the piezoelectric element.

従来、プリンタのヘッドやハードディスクドライブのヘッドを駆動するためなどに、圧電アクチュエータが広く用いられている。圧電アクチュエータは、圧電素子の圧電効果による変位を利用している。   Conventionally, piezoelectric actuators have been widely used for driving printer heads and hard disk drive heads. Piezoelectric actuators utilize displacement due to the piezoelectric effect of piezoelectric elements.

上記圧電素子としては、圧電縦効果及び横効果を利用したものが広く知られている。しかしながら、比較的低電圧で大きな変位を得ることが困難であった。そこで、下記の特許文献1には、圧電縦効果及び横効果ではなく、圧電滑り歪み効果を利用した圧電アクチュエータが開示されている。   As the above-described piezoelectric element, those utilizing the piezoelectric longitudinal effect and the lateral effect are widely known. However, it has been difficult to obtain a large displacement at a relatively low voltage. Therefore, the following Patent Document 1 discloses a piezoelectric actuator that uses a piezoelectric sliding strain effect instead of a piezoelectric longitudinal effect and a lateral effect.

図9(a)及び(b)は、特許文献1に記載の圧電アクチュエータを説明するための模式的平面図及び模式的正面断面図である。   9A and 9B are a schematic plan view and a schematic front sectional view for explaining the piezoelectric actuator described in Patent Document 1. FIG.

圧電体アクチュエータ101は、圧電板102を有する。圧電板102は、中央に貫通孔102aを有する。複数の円環状の圧電体103〜108が貫通孔102aと同心に配置され、かつ一体化されている。   The piezoelectric actuator 101 has a piezoelectric plate 102. The piezoelectric plate 102 has a through hole 102a in the center. A plurality of annular piezoelectric bodies 103 to 108 are arranged concentrically with the through hole 102a and integrated.

各圧電体103〜108は、図示の矢印で示すように、圧電板102の径方向に分極処理されている。また、隣り合う円環状の圧電体では、分極方向は径方向において逆方向とされている。例えば、圧電体103の分極方向と、圧電体103のすぐ外側に位置する圧電体104の分極方向とが逆方向とされている。   Each of the piezoelectric bodies 103 to 108 is polarized in the radial direction of the piezoelectric plate 102 as indicated by the arrows in the drawing. In the adjacent annular piezoelectric bodies, the polarization direction is opposite to the radial direction. For example, the polarization direction of the piezoelectric body 103 and the polarization direction of the piezoelectric body 104 positioned just outside the piezoelectric body 103 are opposite to each other.

圧電アクチュエータ101では、上記圧電板102の上面に第1の励振電極109が、下面に第2の励振電極110が形成されている。また、上記圧電板102の下面には、金属板111が貼り合わされている。第1,第2の励振電極109,110間に直流電圧を印加することにより、圧電板102が変位する。例えば、図9(b)に示すように、第1の励振電極109に+の電位を、第2の励振電極110に−の電位を与えた場合、圧電板102が、中央部分が上方に突出するように変位する。   In the piezoelectric actuator 101, the first excitation electrode 109 is formed on the upper surface of the piezoelectric plate 102, and the second excitation electrode 110 is formed on the lower surface. A metal plate 111 is bonded to the lower surface of the piezoelectric plate 102. By applying a DC voltage between the first and second excitation electrodes 109 and 110, the piezoelectric plate 102 is displaced. For example, as shown in FIG. 9B, when a positive potential is applied to the first excitation electrode 109 and a negative potential is applied to the second excitation electrode 110, the piezoelectric plate 102 protrudes upward at the center portion. Displace to

特許文献1では、分極方向と電圧印加方向とが直交する圧電滑り歪み効果を利用することにより、より低い電圧で駆動しており大きな変位を得ることができるとされている。   In Patent Document 1, it is said that a large displacement can be obtained by driving at a lower voltage by utilizing the piezoelectric slip strain effect in which the polarization direction and the voltage application direction are orthogonal to each other.

特公平2−57354号公報Japanese Patent Publication No. 2-57354

特許文献1に記載の圧電アクチュエータ101では、圧電滑り歪み効果を利用しているため、比較的低い電圧で大きな変位を得ることができる。しかしながら、図9の矢印Aで示したように、圧電板102と金属板111とが積層された積層体において、中央部分が上方に突出するように変位するため、圧電板102自体に変位によって発生する大きな応力が加わっていた。他方、圧電板102は、セラミックスからなるため、引っ張り応力に対しては弱い。よって、大きな引っ張り応力が加わると、図9の圧電板102の上面にクラックが発生し、脆性破壊するおそれがあった。   Since the piezoelectric actuator 101 described in Patent Document 1 uses the piezoelectric slip strain effect, a large displacement can be obtained with a relatively low voltage. However, as indicated by an arrow A in FIG. 9, in the laminated body in which the piezoelectric plate 102 and the metal plate 111 are laminated, the central portion is displaced so as to protrude upward. There was a great stress applied. On the other hand, since the piezoelectric plate 102 is made of ceramics, it is weak against tensile stress. Therefore, when a large tensile stress is applied, a crack is generated on the upper surface of the piezoelectric plate 102 in FIG.

また、上記クラックが生じると、最終的に第1,第2の励振電極109,110が短絡するおそれもあった。   Further, when the crack is generated, the first and second excitation electrodes 109 and 110 may eventually be short-circuited.

本発明の目的は、圧電滑り歪み効果を利用しており、大きな変位量を得ることができるだけでなく、圧電素子におけるクラックや破壊が生じ難い、信頼性に優れた圧電アクチュエータを提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a highly reliable piezoelectric actuator that utilizes the piezoelectric slip strain effect and can not only obtain a large amount of displacement but also hardly cause cracks or breakage in the piezoelectric element. .

本発明によれば、第1の方向に分極処理された圧電体と、前記圧電体の第1の方向と直交する方向に電界を印加するために、前記圧電体の外表面に形成された第1,第2の励振電極とを有する圧電素子と、前記圧電素子に固定されており、該圧電素子の変形を受けて変位する被動部材とを備える、圧電アクチュエータが提供される。   According to the present invention, the piezoelectric body polarized in the first direction and the first body formed on the outer surface of the piezoelectric body to apply an electric field in a direction orthogonal to the first direction of the piezoelectric body. There is provided a piezoelectric actuator comprising: a piezoelectric element having first and second excitation electrodes; and a driven member that is fixed to the piezoelectric element and is displaced by deformation of the piezoelectric element.

本発明に係る圧電アクチュエータのある特定の局面では、前記被動部材の内、変位が最も大きくなる部分が前記圧電体に比べて脆性破壊しにくい材料からなる。一般的な圧電素子はセラミックスであり、脆性破壊しやすく、歪みが大きくなると亀裂が入り破壊に至る。例えば金属であれば、弾性限界となる歪みがセラミックスよりも大きいため、機械的に壊れにくく、信頼性が向上する。被動部材は圧電素子の滑り歪み変形を受けて変位するため、てこの原理と同様に変位を拡大することができる。この場合、被動部材全体が弾性変形し易い上記材料により形成されていてもよい。その場合には、被動部材の構造を簡略化することができる。   In a specific aspect of the piezoelectric actuator according to the present invention, a portion of the driven member that has the largest displacement is made of a material that is less susceptible to brittle fracture than the piezoelectric body. A general piezoelectric element is ceramics, and is easily brittle fractured. When the strain increases, cracks occur and breakage occurs. For example, in the case of metal, since the strain that becomes the elastic limit is larger than that of ceramics, it is not easily broken mechanically, and the reliability is improved. Since the driven member is displaced in response to the sliding distortion deformation of the piezoelectric element, the displacement can be enlarged similarly to the lever principle. In this case, the entire driven member may be formed of the material that is easily elastically deformed. In that case, the structure of the driven member can be simplified.

本発明に係る圧電アクチュエータの他の特定の局面によれば、前記圧電体が、上面及び下面と、円筒状曲面からなる内周側面と、円筒状曲面からなる外周側面とを有するドーナツ型の形状を有する。この場合には、圧電体の上面または下面を突出するように圧電体が変形されるため、大きな変位量を得ることができる。   According to another specific aspect of the piezoelectric actuator according to the present invention, the piezoelectric body has a donut shape having an upper surface and a lower surface, an inner peripheral side surface formed of a cylindrical curved surface, and an outer peripheral side surface formed of a cylindrical curved surface. Have In this case, since the piezoelectric body is deformed so as to protrude from the upper surface or the lower surface of the piezoelectric body, a large amount of displacement can be obtained.

ドーナツ型の圧電体を用いた場合、本発明の他の特定の局面では、前記分極方向が前記円筒曲面の径方向であり、前記第1,第2の励振電極が前記圧電体の上面及び下面にそれぞれ形成されている。この場合には、圧電体を得た後に、第1,第2の励振電極を圧電体の上面及び下面に容易に形成することができる。   When a donut-shaped piezoelectric body is used, in another specific aspect of the present invention, the polarization direction is a radial direction of the cylindrical curved surface, and the first and second excitation electrodes are the upper and lower surfaces of the piezoelectric body. Are formed respectively. In this case, after obtaining the piezoelectric body, the first and second excitation electrodes can be easily formed on the upper and lower surfaces of the piezoelectric body.

本発明に係る圧電アクチュエータのさらに他の特定の局面では、前記分極方向が前記ドーナツ型の圧電体の上面と下面とを結ぶ方向であって、前記第1,第2の励振電極は前記圧電体の内周側面及び外周側面にそれぞれ形成されている。このように、分極方向は、圧電体の上面と下面とを結ぶ方向であってもよい。その場合には、分極が容易となる。   In still another specific aspect of the piezoelectric actuator according to the present invention, the polarization direction is a direction connecting an upper surface and a lower surface of the doughnut-shaped piezoelectric body, and the first and second excitation electrodes are the piezoelectric body. Are respectively formed on the inner peripheral side surface and the outer peripheral side surface. Thus, the polarization direction may be a direction connecting the upper surface and the lower surface of the piezoelectric body. In that case, polarization becomes easy.

本発明に係る圧電アクチュエータのさらに別の特定の局面によれば、前記被動部材が、弾性変形し得る板状部材からなり、前記ドーナツ型の圧電体の上面または下面の全領域を覆うように固定されている。被動部材が板状部材からなるため、ドーナツ型の圧電体の上面または下面に容易に固定することができるとともに、ドーナツ型の圧電体の変形を受けて、板状部材からなる被動部材が容易に変位するため、大きな変位量を得ることができる。   According to still another specific aspect of the piezoelectric actuator according to the present invention, the driven member is made of a plate-like member that can be elastically deformed, and is fixed so as to cover the entire area of the upper surface or the lower surface of the doughnut-shaped piezoelectric body. Has been. Since the driven member is made of a plate-like member, the driven member can be easily fixed to the upper surface or the lower surface of the donut-shaped piezoelectric body, and the driven member made of the plate-like member is easily deformed by the deformation of the donut-shaped piezoelectric body. Due to the displacement, a large amount of displacement can be obtained.

本発明に係る圧電アクチュエータのさらに別の特定の局面では、前記被動部材が、前記圧電素子に片持ち梁態様で支持されている。片持ち梁態様で支持されているため、被動部材においてより大きな変位量を取り出すことができる。   In still another specific aspect of the piezoelectric actuator according to the present invention, the driven member is supported by the piezoelectric element in a cantilever manner. Since it is supported in a cantilever manner, a larger amount of displacement can be extracted from the driven member.

本発明に係る圧電アクチュエータのさらに他の特定の局面では、前記被動部材が両持ちで前記圧電体に支持されている。この場合には、被動部材を圧電体により安定に支持することができる。   In still another specific aspect of the piezoelectric actuator according to the present invention, the driven member is supported by the piezoelectric body in both ends. In this case, the driven member can be stably supported by the piezoelectric body.

本発明に係る圧電アクチュエータにおいて、上記被動部材は様々な材料により形成されるが、好ましくは、金属板からなる。金属板の場合、容易に弾性変形するため、大きな変位量を取り出すことができる。   In the piezoelectric actuator according to the present invention, the driven member is made of various materials, but preferably made of a metal plate. In the case of a metal plate, since it is easily elastically deformed, a large amount of displacement can be taken out.

本発明に係る圧電アクチュエータによれば、第1,第2の励振電極から印加される電界の方向が分極方向と直交する方向であるため、圧電滑り歪み効果を利用して圧電素子を変形させることができる。圧電素子の変形を利用して被動部材を変位させるものであり、圧電素子の変形は相対的に小さくともよいため、圧電素子におけるクラックや破壊が生じ難い。特に従来のバイモルフの場合、圧電体自体の変形以上に変形するため、圧電素子に大きな応力がかかり、破壊しやすくなっている。これに対して本発明では、電圧印加による圧電素子の変形以上の変形はほとんどないため、圧電素子に応力がかからない。従って強度の信頼性は高い。従って、圧電アクチュエータの信頼性を高めることができる。   According to the piezoelectric actuator according to the present invention, the direction of the electric field applied from the first and second excitation electrodes is a direction orthogonal to the polarization direction, so that the piezoelectric element is deformed using the piezoelectric slip strain effect. Can do. The driven member is displaced using the deformation of the piezoelectric element. Since the deformation of the piezoelectric element may be relatively small, the piezoelectric element is unlikely to be cracked or broken. In particular, the conventional bimorph deforms more than the deformation of the piezoelectric body itself, so that a large stress is applied to the piezoelectric element and it is easy to break. On the other hand, in the present invention, since there is almost no deformation beyond the deformation of the piezoelectric element due to voltage application, no stress is applied to the piezoelectric element. Therefore, the reliability of strength is high. Therefore, the reliability of the piezoelectric actuator can be improved.

(a)は本発明の第1の実施形態に係る圧電アクチュエータの分解斜視図であり、(b)は該圧電アクチュエータの正面断面図である。(A) is a disassembled perspective view of the piezoelectric actuator which concerns on the 1st Embodiment of this invention, (b) is front sectional drawing of this piezoelectric actuator. (a)は、第1の実施形態の圧電アクチュエータの同時の変位分布を模式的に示す断面図であり、(b)は(a)中の線Xで示した部分の拡大図であり、(c)は(a)及び(b)に示したハッチングに現わされるスケールを示す模式図である。(A) is sectional drawing which shows typically the simultaneous displacement distribution of the piezoelectric actuator of 1st Embodiment, (b) is an enlarged view of the part shown by the line X in (a), (c) is a schematic diagram showing a scale appearing in the hatching shown in (a) and (b). (a)は、比較のために用意した圧電アクチュエータの変位状態と応力分布を示す模式的正面断面図であり、(b)は、(a)中の線Yで示した部分を拡大して示す模式図である。(A) is typical sectional drawing which shows the displacement state and stress distribution of the piezoelectric actuator prepared for the comparison, (b) expands and shows the part shown by the line Y in (a). It is a schematic diagram. (a)は、圧電体の縦効果及び横効果を説明するための模式的正面図であり、(b)は、圧電滑り歪み効果を説明するための模式的正面図である。(A) is a typical front view for demonstrating the vertical effect and lateral effect of a piezoelectric material, (b) is a typical front view for demonstrating a piezoelectric slip distortion effect. (a)及び(b)は、圧電滑り歪み効果を利用した圧電素子の分極方向と電界印加方向との関係を示す各模式的斜視図である。(A) And (b) is each typical perspective view which shows the relationship between the polarization direction of a piezoelectric element using the piezoelectric slip distortion effect, and an electric field application direction. (a)は、本発明の第2の実施形態に係る圧電アクチュエータの模式的斜視図であり、(b)は該圧電アクチュエータの正面断面図であり、(c)は該圧電アクチュエータの変位状態を説明するための模式的斜視図である。(A) is a typical perspective view of the piezoelectric actuator which concerns on the 2nd Embodiment of this invention, (b) is front sectional drawing of this piezoelectric actuator, (c) is the displacement state of this piezoelectric actuator. It is a typical perspective view for explaining. 本発明の第3の実施形態に係る圧電アクチュエータを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the piezoelectric actuator which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態に係る圧電アクチュエータを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the piezoelectric actuator which concerns on the 4th Embodiment of this invention. (a)及び(b)は、それぞれ、従来の圧電アクチュエータを説明するための模式的平面図及び模式的正面断面図である。(A) And (b) is a typical top view and a typical front sectional view for explaining the conventional piezoelectric actuator, respectively.

以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。   Hereinafter, the present invention will be clarified by describing specific embodiments of the present invention with reference to the drawings.

図1(a)及び(b)は、本発明の第1の実施形態に係る圧電アクチュエータの分解斜視図及び正面断面図である。   FIGS. 1A and 1B are an exploded perspective view and a front sectional view of a piezoelectric actuator according to a first embodiment of the present invention.

圧電アクチュエータ1は、ドーナツ型の形状を有する圧電素子2と、圧電素子2に接着剤層3を介して接合された円板状の被動部材4とを有する。   The piezoelectric actuator 1 includes a piezoelectric element 2 having a donut shape and a disk-like driven member 4 joined to the piezoelectric element 2 via an adhesive layer 3.

圧電素子2は、圧電体5を有する。圧電体5は、ドーナツ状の形状を有する。圧電体5は、円筒状曲面からなる内周側面5aと、円筒状曲面からなる外周側面5bと、平面状の上面5cと、平面状の下面5dとを有する。   The piezoelectric element 2 has a piezoelectric body 5. The piezoelectric body 5 has a donut shape. The piezoelectric body 5 has an inner peripheral side surface 5a made of a cylindrical curved surface, an outer peripheral side surface 5b made of a cylindrical curved surface, a planar upper surface 5c, and a planar lower surface 5d.

上記圧電体5は、適宜のペロブスカイト型圧電セラミックスにより形成することができる。このような材料としては、PbNiNb−PbZrTi系セラミックス、PbZrNb−PbZrTi系セラミックスあるいはこれらの固溶系のセラミックスなどを例示することができる。   The piezoelectric body 5 can be formed of an appropriate perovskite piezoelectric ceramic. Examples of such materials include PbNiNb-PbZrTi ceramics, PbZrNb-PbZrTi ceramics, or solid solution ceramics thereof.

圧電体5は、図示の矢印Pで示す方向に分極処理されている。すなわち、第1の方向として上記ドーナツ型の形状における径方向に圧電体5が分極処理されている。このような分極処理は、圧電体5の内周側面5aと外周側面5bとに、それぞれ分極用の電極を形成し、両者の間に直流電圧を印加することにより容易に行われ得る。分極後に分極用電極を削除すればよい。   The piezoelectric body 5 is polarized in the direction indicated by the arrow P in the drawing. That is, the piezoelectric body 5 is polarized in the radial direction in the donut shape as the first direction. Such a polarization treatment can be easily performed by forming electrodes for polarization on the inner peripheral side surface 5a and the outer peripheral side surface 5b of the piezoelectric body 5 and applying a DC voltage therebetween. What is necessary is just to delete the electrode for polarization after polarization.

他方、圧電体5の上面5c上には、第1の励振電極6が形成されており、下面5d上には、第2の励振電極7が形成されている。第1,第2の励振電極6,7は、圧電体5と同じ平面形状を有する。すなわち、励振電極6,7もまた、円環状の形状を有する。駆動に際しては、第1,第2の励振電極6,7間に励振電圧が印加される。従って、励振電圧印加方向は、分極方向Pと直交する方向となる。   On the other hand, a first excitation electrode 6 is formed on the upper surface 5c of the piezoelectric body 5, and a second excitation electrode 7 is formed on the lower surface 5d. The first and second excitation electrodes 6 and 7 have the same planar shape as the piezoelectric body 5. That is, the excitation electrodes 6 and 7 also have an annular shape. In driving, an excitation voltage is applied between the first and second excitation electrodes 6 and 7. Therefore, the excitation voltage application direction is a direction orthogonal to the polarization direction P.

上記励振電極6,7は、Ag、Al、Cu、Ag−Pd合金などの適宜の金属もしくは合金からなる。   The excitation electrodes 6 and 7 are made of an appropriate metal or alloy such as Ag, Al, Cu, or Ag—Pd alloy.

接着剤層3は、被動部材4を圧電体5の上面に接合し得る限り、適宜の接着剤により形成され得る。このような接着剤として、本実施形態では、エポキシ系接着剤が用いられているが、特に限定されるものではない。例えば、フェノール樹脂系接着剤のような他の熱硬化性樹脂を主体とする接着剤を用いてもよい。   The adhesive layer 3 can be formed of an appropriate adhesive as long as the driven member 4 can be bonded to the upper surface of the piezoelectric body 5. In this embodiment, an epoxy adhesive is used as such an adhesive, but it is not particularly limited. For example, an adhesive mainly composed of another thermosetting resin such as a phenol resin adhesive may be used.

上記接着剤層3は、エポキシ樹脂系接着剤を上記第1の励振電極6上の全面に塗布し、被動部材4を貼り合わせた後、加熱することにより形成されている。従って、接着剤層3は、第1の励振電極6と同じ平面形状を有する。   The adhesive layer 3 is formed by applying an epoxy resin adhesive on the entire surface of the first excitation electrode 6, bonding the driven member 4, and then heating. Therefore, the adhesive layer 3 has the same planar shape as that of the first excitation electrode 6.

被動部材4は、本実施形態では、円板状の金属板からなる。金属板を構成する金属は特に限定されず、リン青銅、ステンレスなどを挙げることができる。金属板からなる被動部材4は、外力が加わると容易に弾性変形する。金属板からなる被動部材4は、圧電セラミックスからなる圧電体5に比べ脆性破壊しにくく、弾性限界となる歪みが圧電セラミックスよりも大きい材料である。   In this embodiment, the driven member 4 is made of a disk-shaped metal plate. The metal which comprises a metal plate is not specifically limited, Phosphor bronze, stainless steel, etc. can be mentioned. The driven member 4 made of a metal plate is easily elastically deformed when an external force is applied. The driven member 4 made of a metal plate is a material that is less susceptible to brittle fracture than the piezoelectric body 5 made of piezoelectric ceramics and has a strain that becomes an elastic limit larger than that of the piezoelectric ceramics.

次に、圧電アクチュエータ1を駆動した場合に、大きな変位を得ることができ、かつ圧電体5におけるクラックや破壊が生じ難いことを説明する。   Next, it will be described that when the piezoelectric actuator 1 is driven, a large displacement can be obtained, and cracks and breakage in the piezoelectric body 5 are difficult to occur.

圧電アクチュエータ1の駆動に際しては、第1,第2の励振電極6,7間に直流電圧を印加する。その結果、圧電滑り歪み効果により、圧電体5が傾くように変形する。この圧電体の変形を受けて、圧電体5に貼り合わされている被動部材4の変位を拡大することとなる。   When the piezoelectric actuator 1 is driven, a DC voltage is applied between the first and second excitation electrodes 6 and 7. As a result, the piezoelectric body 5 is deformed so as to be inclined due to the piezoelectric slip strain effect. In response to the deformation of the piezoelectric body, the displacement of the driven member 4 bonded to the piezoelectric body 5 is enlarged.

すなわち、圧電体5が円環状の形状を有するため、内周側面5aで囲まれた空間においては、金属板からなる被動部材4は拘束されていない。従って、図2(a)に示すように、圧電体5が変形すると、圧電体5に貼り合わされている金属板からなる被動部材4が下方に突出するように大きく変位する。特に、上記圧電体5の内周側面5aで囲まれた空間では、被動部材4が圧電体5により拘束されていないので、被動部材4の中心部分が最も大きく変位し、下方に突出することとなる。   That is, since the piezoelectric body 5 has an annular shape, the driven member 4 made of a metal plate is not restrained in the space surrounded by the inner peripheral side surface 5a. Therefore, as shown in FIG. 2A, when the piezoelectric body 5 is deformed, the driven member 4 made of a metal plate bonded to the piezoelectric body 5 is greatly displaced so as to protrude downward. In particular, in the space surrounded by the inner peripheral side surface 5a of the piezoelectric body 5, since the driven member 4 is not restrained by the piezoelectric body 5, the central portion of the driven member 4 is displaced the most and protrudes downward. Become.

図2(a)及び図2(a)中の線Xで示す部分を拡大して示す図2(b)の変位及び応力分布は以下のような圧電アクチュエータ1をモデルとした有限要素法による解析を行った結果である。   The displacement and stress distribution in FIG. 2 (b), which is an enlarged view of the portion indicated by the line X in FIGS. 2 (a) and 2 (a), is analyzed by the finite element method using the piezoelectric actuator 1 as a model as follows. It is the result of having performed.

圧電体5:内径20mm、外形30mm、内周側面5aと外周側面5bとの間の寸法=5mm、厚み1mm。材料は、チタン酸ジルコン酸鉛系圧電セラミックス
被動部材4:リン青銅板、直径30mm、厚み0.5mm
Piezoelectric body 5: inner diameter 20 mm, outer diameter 30 mm, dimension between inner peripheral side surface 5a and outer peripheral side surface 5b = 5 mm, thickness 1 mm. The material is lead zirconate titanate piezoelectric ceramics. Driven member 4: phosphor bronze plate, diameter 30 mm, thickness 0.5 mm

このような圧電アクチュエータは以下のような方法で作製可能である。上記圧電体5の上面及び下面に導電ペーストを塗布し、分極用電極を形成する。次に、分極処理した後に、分極用電極を除去し、圧電体5の上面及び下面にスパッタにより、第1,第2の励振電極を形成した。上記被動部材4をエポキシ系接着剤を用いて圧電体5に貼り合わせ、圧電アクチュエータ1を得ることができる。   Such a piezoelectric actuator can be manufactured by the following method. A conductive paste is applied to the upper and lower surfaces of the piezoelectric body 5 to form polarization electrodes. Next, after the polarization treatment, the polarization electrode was removed, and the first and second excitation electrodes were formed on the upper and lower surfaces of the piezoelectric body 5 by sputtering. The driven member 4 can be bonded to the piezoelectric body 5 using an epoxy adhesive to obtain the piezoelectric actuator 1.

上記実施形態の圧電アクチュエータ1に、境界条件として、第1の励振電極の電圧が+20V、第2の励振電極の電圧が−20Vとなるように厚み方向に電界を印加し、その応力分布を求めた。図2(a)及び(b)においてハッチングを示す各領域は、図2(c)に示すスケールの応力量であることを示す。なお、図2(c)における4.000000e+004は、応力が+4.0×10であることを示す。従って、図2(c)におけるスケールにおいて4種類のハッチングで示した領域の内、クロスのハッチングで示した領域12aが最も引っ張り応力が大きく、斜線で示したハッチング領域12b、小さな多数のドットで示したハッチング領域12cは応力が小さい。及び大きな多数のドットで示したハッチング領域12dにいくにつれて、圧縮応力が大きいことを示す。 An electric field is applied to the piezoelectric actuator 1 of the above embodiment in the thickness direction so that the voltage of the first excitation electrode is +20 V and the voltage of the second excitation electrode is −20 V as boundary conditions, and the stress distribution is obtained. It was. Each area | region which shows hatching in Fig.2 (a) and (b) shows that it is the stress amount of the scale shown in FIG.2 (c). Incidentally, 4.000000e + 004 in FIG. 2 (c) shows that the stress is + 4.0 × 10 4. Accordingly, among the four types of hatched areas on the scale in FIG. 2C, the cross hatched area 12a has the largest tensile stress, the hatched area 12b indicated by diagonal lines, and a large number of small dots. The hatched area 12c has a low stress. And it shows that compressive stress is large as it goes to the hatching area 12d indicated by a large number of large dots.

図2(a)及び(b)から明らかなように、金属板からなる被動部材4は、中央部分において、圧電体5から最も距離が離れているため、てこの原理で、中央部分が最も大きく変位し、下方に突出している。他方、圧電体5においては、本来の圧電歪みによる変形しかしていないため、さほど大きな応力は生じていない。すなわち、圧電体5において圧電滑り歪み効果により生じた変位が、上記被動部材4に伝えられ、被動部材4において、中央が最も大きく変位し、変位量が拡大していることがわかる。   As is clear from FIGS. 2A and 2B, the driven member 4 made of a metal plate is farthest from the piezoelectric body 5 in the central portion. Displaced and protrudes downward. On the other hand, since the piezoelectric body 5 is only deformed due to the original piezoelectric strain, no great stress is generated. That is, it can be seen that the displacement caused by the piezoelectric sliding strain effect in the piezoelectric body 5 is transmitted to the driven member 4, and the center of the driven member 4 is displaced the most and the displacement amount is increased.

よって、本実施形態によれば、圧電滑り歪み効果を利用して、大きな変位を得ることができる。しかも、圧電体5は、さほど大きく変位しないため、圧電体5には、圧電体5を破壊に至らせる引っ張り応力が加わり難い。よって、圧電体5のクラックが生じ難い。従って、短絡等も生じ難いため、信頼性を効果的に高めることができる。   Therefore, according to the present embodiment, a large displacement can be obtained using the piezoelectric slip strain effect. Moreover, since the piezoelectric body 5 is not displaced so much, it is difficult for the piezoelectric body 5 to be subjected to a tensile stress that causes the piezoelectric body 5 to break. Therefore, cracks in the piezoelectric body 5 are unlikely to occur. Therefore, since short circuit or the like hardly occurs, the reliability can be effectively improved.

図3(a)及び(b)は、比較のために用意した圧電アクチュエータの変位及び応力分布を示す模式的正面断面図及びその中央部の線Yで囲まれた部分における変位及び応力分布を示す模式図である。   3A and 3B are schematic front sectional views showing displacement and stress distribution of a piezoelectric actuator prepared for comparison, and the displacement and stress distribution in a portion surrounded by a line Y at the center. It is a schematic diagram.

この比較例では、直径30mm×厚み0.5mm圧電体を2層貼り合わせたバイモルフ構造の圧電アクチュエータをモデルとした有限要素法の解析結果である。使用した圧電材料は、上記実施形態の圧電材料と同じである。境界条件として、2枚の圧電素子を貼り合わせた中央の電極に+1.3Vの電圧を印加し、両面の励振電極に−1.3Vの電圧を印加した。比較例の変位量が図2(a)の変位量と同じになるように境界条件の電圧を設定した。なお、分極方向は、厚み方向であり、2層の圧電体は、厚み方向において互いに逆方向に分極処理した。   This comparative example is an analysis result of a finite element method using a bimorph structure piezoelectric actuator in which two layers of a piezoelectric body having a diameter of 30 mm and a thickness of 0.5 mm are bonded. The piezoelectric material used is the same as the piezoelectric material of the above embodiment. As boundary conditions, a voltage of +1.3 V was applied to the center electrode where the two piezoelectric elements were bonded together, and a voltage of -1.3 V was applied to the excitation electrodes on both sides. The boundary condition voltage was set so that the displacement amount of the comparative example was the same as the displacement amount of FIG. The polarization direction was the thickness direction, and the two-layer piezoelectric bodies were polarized in directions opposite to each other in the thickness direction.

上記比較例では、分極方向と同じ方向に電圧が印加され、圧電横効果を利用したバイモルフ型圧電アクチュエータが形成されている。なお、図3におけるハッチングを示した領域の意味は、図2(c)と同じである。図3(a)及び(b)から明らかなように、比較例の圧電アクチュエータ111では、中央部分が最も大きく変位するが、この最も大きく変位する部分において、圧電体自体が大きく変形する。すなわち、下方に突出するように変位した状態では、下面側の圧電体の下面側が大きく変形していることがわかる。従って、圧電アクチュエータ111では、圧電体自体に大きな引っ張り応力が加わり、クラックが生じ易いことがわかる。   In the comparative example, a voltage is applied in the same direction as the polarization direction, and a bimorph piezoelectric actuator utilizing the piezoelectric lateral effect is formed. In addition, the meaning of the area | region which showed the hatching in FIG. 3 is the same as FIG.2 (c). As is clear from FIGS. 3A and 3B, in the piezoelectric actuator 111 of the comparative example, the central portion is displaced the most, but the piezoelectric body itself is greatly deformed in the portion where the displacement is the largest. That is, it can be seen that the lower surface side of the piezoelectric body on the lower surface side is greatly deformed in a state of being displaced so as to protrude downward. Therefore, in the piezoelectric actuator 111, it can be seen that a large tensile stress is applied to the piezoelectric body itself, and cracks are likely to occur.

図4(a)は上記比較例として用意した圧電アクチュエータにおける圧電横効果を模式的に示す図であり、圧電横効果では、圧電体121が実線で示す状態と破線で示す状態との間で変形することとなる。   FIG. 4A is a diagram schematically showing the piezoelectric lateral effect in the piezoelectric actuator prepared as the comparative example. In the piezoelectric lateral effect, the piezoelectric body 121 is deformed between a state indicated by a solid line and a state indicated by a broken line. Will be.

これに対して、図4(b)は、上記実施形態で利用した圧電滑り歪み効果を示す模式図である。圧電滑り歪み効果では、図4(b)の圧電素子31のように、実線で示す状態から、破線で示す平行四辺形の形状に変形する。すなわち、斜め方向に変形することとなる。従って、圧電素子31の一端31a側を拘束した場合、他端31b側の延長線上の点では、圧電変形を拡大して変位させることができる。   On the other hand, FIG. 4B is a schematic diagram showing the piezoelectric slip strain effect used in the above embodiment. In the piezoelectric slip strain effect, the piezoelectric element 31 in FIG. 4B is deformed from a state indicated by a solid line to a parallelogram shape indicated by a broken line. That is, it is deformed in an oblique direction. Therefore, when the one end 31a side of the piezoelectric element 31 is constrained, the piezoelectric deformation can be enlarged and displaced at a point on the extension line on the other end 31b side.

図5(a)〜(b)は、このような圧電滑り歪み効果を利用した圧電素子の変形量を説明するための各模式的斜視図である。   FIGS. 5A to 5B are schematic perspective views for explaining the deformation amount of the piezoelectric element using such a piezoelectric sliding strain effect.

図5(a)に示す圧電素子32では、上記圧電体5の場合と同様に、分極方向Pが水平方向であり、電界印加方向Eが該水平方向と直交する方向Eとされている。   In the piezoelectric element 32 shown in FIG. 5A, as in the case of the piezoelectric body 5, the polarization direction P is the horizontal direction, and the electric field application direction E is the direction E perpendicular to the horizontal direction.

他方、図5(b)に示す圧電素子33では、分極方向Pが圧電素子33の上面と下面とを結ぶ方向であり、電界印加方向Eが水平方向とされている。このように、圧電滑り歪み効果を利用するに際し、分極方向と電界印加方向が直交する限り、分極方向は水平方向に限らず、様々な方向とすることができる。   On the other hand, in the piezoelectric element 33 shown in FIG. 5B, the polarization direction P is a direction connecting the upper surface and the lower surface of the piezoelectric element 33, and the electric field application direction E is the horizontal direction. As described above, when the piezoelectric slip strain effect is used, as long as the polarization direction and the electric field application direction are orthogonal to each other, the polarization direction is not limited to the horizontal direction but can be various directions.

なお、図5(a)及び(b)における太線Z1,Z2は、それぞれ、圧電滑り歪み効果で変形した場合の変形状態を模式的に示す図であり、図4(b)に示した破線に相当する図である。   Note that the thick lines Z1 and Z2 in FIGS. 5 (a) and 5 (b) are diagrams schematically showing the deformation state when deformed by the piezoelectric sliding strain effect, respectively, and are shown by the broken lines shown in FIG. 4 (b). It is an equivalent figure.

図5(b)の点線の矢印のように電界を印加した場合には、圧電素子33が点線のように変形する。上記のように圧電滑り歪み効果を利用した場合、圧電素子において、比較的大きな変形を得ることができ、しかも上記実施形態のように、本発明では、圧電滑り歪み効果による圧電素子の変形が被動部材に伝えられて、被動部材において変位が拡大するので、より一層大きな変位量を得ることができる。   When an electric field is applied as indicated by the dotted arrow in FIG. 5B, the piezoelectric element 33 is deformed as indicated by the dotted line. When the piezoelectric slip strain effect is utilized as described above, a relatively large deformation can be obtained in the piezoelectric element, and in the present invention, the deformation of the piezoelectric element due to the piezoelectric slip strain effect is driven in the present invention. Since the displacement is increased in the driven member by being transmitted to the member, a larger displacement amount can be obtained.

図6(a)〜(c)は、本発明の第2の実施形態に係る圧電アクチュエータの斜視図、正面断面図及び変位状態を示す模式的斜視図である。   6A to 6C are a perspective view, a front sectional view, and a schematic perspective view showing a displacement state of a piezoelectric actuator according to a second embodiment of the present invention.

圧電アクチュエータ41は、第1の実施形態と同様に、ドーナツ型すなわち円環状の圧電素子42を有する。圧電素子42に、接着剤層43を介して金属板からなる円板状の被動部材44が貼り合わされている。   The piezoelectric actuator 41 includes a donut-shaped, ie, an annular piezoelectric element 42 as in the first embodiment. A disk-shaped driven member 44 made of a metal plate is bonded to the piezoelectric element 42 via an adhesive layer 43.

本実施形態の圧電アクチュエータ41が、第1の実施形態の圧電アクチュエータ1と異なるところは、圧電素子42の分極方向及び励振電極形成位置にある。すなわち、図6(b)に示すように、圧電体45は、圧電体5と同様に、環状の形状を有し、円筒状曲面からなる内周側面45a及び外周側面45bと上面45cと下面45dとを有する。ここでは、上面45cと下面45dとを結ぶ方向、すなわち厚み方向が分極方向Pとされている。すなわち、本発明の第1の方向は、圧電体45の厚み方向とされている。そして、内周側面45a及び外周側面45b上に、それぞれ、第1,第2の励振電極46,47が形成されている。従って、電界印加方向Eは水平方向であり、円環状圧電体45の径方向である。よって、電界印加方向Eが分極方向Pと直交する方向とされている。   The piezoelectric actuator 41 of this embodiment is different from the piezoelectric actuator 1 of the first embodiment in the polarization direction of the piezoelectric element 42 and the excitation electrode formation position. That is, as shown in FIG. 6 (b), the piezoelectric body 45 has an annular shape, like the piezoelectric body 5, and has an inner peripheral side surface 45a and an outer peripheral side surface 45b, an upper surface 45c, and a lower surface 45d made of a cylindrical curved surface. And have. Here, the direction connecting the upper surface 45c and the lower surface 45d, that is, the thickness direction is the polarization direction P. That is, the first direction of the present invention is the thickness direction of the piezoelectric body 45. The first and second excitation electrodes 46 and 47 are formed on the inner peripheral side surface 45a and the outer peripheral side surface 45b, respectively. Therefore, the electric field application direction E is the horizontal direction and the radial direction of the annular piezoelectric body 45. Therefore, the electric field application direction E is a direction orthogonal to the polarization direction P.

本実施形態においても、第1,第2の励振電極46,47間に励振電圧を印加した場合、図6(c)に示すように、圧電滑り歪み効果により圧電素子42が変形し、一点鎖線で示すように被動部材44の中央が下方に突出するように大きく変位することとなる。   Also in the present embodiment, when an excitation voltage is applied between the first and second excitation electrodes 46 and 47, as shown in FIG. 6C, the piezoelectric element 42 is deformed by the piezoelectric slip strain effect, and the alternate long and short dash line As shown in FIG. 2, the center of the driven member 44 is greatly displaced so as to protrude downward.

また、本実施形態においても、圧電滑り歪み効果を利用しており、変位量が被動部材44において拡大されるので、大きな変位量を取り出すことができる。さらに、圧電体45は、第1の実施形態の圧電体5と同様に変形するため、圧電体45において大きな引っ張り応力は加わり難い。従って、本実施形態においても、圧電体45においてクラックが生じ難く、また圧電素子42における短絡も生じ難い。   Also in this embodiment, the piezoelectric slip strain effect is used, and the displacement amount is enlarged in the driven member 44, so that a large displacement amount can be taken out. Furthermore, since the piezoelectric body 45 is deformed similarly to the piezoelectric body 5 of the first embodiment, it is difficult to apply a large tensile stress to the piezoelectric body 45. Accordingly, also in the present embodiment, cracks are unlikely to occur in the piezoelectric body 45 and short-circuits in the piezoelectric element 42 are unlikely to occur.

図7は、本発明の第3の実施形態に係る圧電アクチュエータを示す模式的斜視図である。本実施形態の圧電アクチュエータ51は、細長いストリップ状の圧電素子52を有する。圧電素子52には、接着剤層53を介して被動部材54が接合されている。   FIG. 7 is a schematic perspective view showing a piezoelectric actuator according to a third embodiment of the present invention. The piezoelectric actuator 51 of this embodiment has an elongated strip-shaped piezoelectric element 52. A driven member 54 is bonded to the piezoelectric element 52 via an adhesive layer 53.

圧電素子52は、細長いストリップ状の圧電体55と、第1,第2の励振電極56,57とを有する。圧電体55は、細長い矩形形状の一対の側面55a,55bと、細長い矩形形状の上面55c及び下面55dとを有する。圧電体55は、チタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスのような圧電セラミックスからなり、矢印P方向に分極処理されている。すなわち、分極方向Pは、上面55cと下面55dとを結ぶ方向である。圧電体55に電圧を印加するために、第1,第2の側面55a,55b上に、それぞれ第1,第2の励振電極56,57が形成されている。よって、電界印加方向Eは、分極方向Pと直交する方向とされている。従って、第1,第2の励振電極56,57間に励振電圧を印加すると、図7の太線Z3で示すように、圧電素子52が圧電滑り歪み効果により変形する。   The piezoelectric element 52 has an elongated strip-shaped piezoelectric body 55 and first and second excitation electrodes 56 and 57. The piezoelectric body 55 has a pair of side surfaces 55a and 55b having an elongated rectangular shape, and an upper surface 55c and a lower surface 55d having an elongated rectangular shape. The piezoelectric body 55 is made of a piezoelectric ceramic such as a lead zirconate titanate-based ceramic and is polarized in the direction of arrow P. That is, the polarization direction P is a direction connecting the upper surface 55c and the lower surface 55d. In order to apply a voltage to the piezoelectric body 55, first and second excitation electrodes 56 and 57 are formed on the first and second side surfaces 55a and 55b, respectively. Therefore, the electric field application direction E is a direction orthogonal to the polarization direction P. Therefore, when an excitation voltage is applied between the first and second excitation electrodes 56 and 57, the piezoelectric element 52 is deformed by the piezoelectric slip strain effect as indicated by a thick line Z3 in FIG.

他方、接着剤層53は、第1の実施形態の接着剤層3と同様の材料からなる。   On the other hand, the adhesive layer 53 is made of the same material as that of the adhesive layer 3 of the first embodiment.

被動部材54は、本実施形態では、金属板からなり、圧電素子52の平面形状よりもかなり大きな矩形の金属板からなる。この相対的に大きな矩形の金属板からなる被動部材54の下面54aにおいて、一方端部54b側に寄せられて圧電素子52が被動部材54の下面に接合されている。従って、被動部材54の下面の他方側の端部54c側が自由端とされている。言い換えれば、被動部材54は、圧電素子52に片持ち梁態様で支持されている。従って、圧電素子52を駆動した場合、圧電素子52の変形を受けて一点鎖線で示すように被動部材54が大きく変位する。特に、圧電素子52に支持されている側とは反対側の端部54cが大きく変位し、被動部材54にて変位を拡大することが可能とされている。   In this embodiment, the driven member 54 is made of a metal plate, and is made of a rectangular metal plate that is considerably larger than the planar shape of the piezoelectric element 52. In the lower surface 54 a of the driven member 54 made of this relatively large rectangular metal plate, the piezoelectric element 52 is joined to the lower surface of the driven member 54 by being brought closer to the one end 54 b side. Therefore, the other end 54c side of the lower surface of the driven member 54 is a free end. In other words, the driven member 54 is supported by the piezoelectric element 52 in a cantilever manner. Therefore, when the piezoelectric element 52 is driven, the driven member 54 is greatly displaced as indicated by the alternate long and short dash line due to the deformation of the piezoelectric element 52. In particular, the end 54 c opposite to the side supported by the piezoelectric element 52 is greatly displaced, and the displacement can be increased by the driven member 54.

第3の実施形態の圧電アクチュエータ51において、被動部材54が最も大きく変位する部分は、上記端部54c側である。   In the piezoelectric actuator 51 of the third embodiment, the portion where the driven member 54 is displaced most is the end 54c side.

本実施形態においても、圧電体55自体はさほど大きく変形しないため、大きな引っ張り応力が圧電体55に加わり難い。従って、圧電体55における亀裂が生じ難く、圧電素子52の短絡も生じ難い。   Also in the present embodiment, since the piezoelectric body 55 itself does not deform so much, a large tensile stress is not easily applied to the piezoelectric body 55. Accordingly, cracks in the piezoelectric body 55 hardly occur, and short-circuiting of the piezoelectric element 52 hardly occurs.

図8は、本発明の第4の実施形態に係る圧電アクチュエータを示す模式的斜視図である。本実施形態の圧電アクチュエータ61では、図7に示した圧電アクチュエータ51の変形例に相当する。ここでは、被動部材54が、矩形の金属板からなるが、該被動部材54が、両持ちで一対の圧電素子52,52により支持されている。その他の点については、圧電アクチュエータ61は、圧電アクチュエータ51と同様とされている。被動部材54が、圧電素子52,52で両持ちで支持されているため、圧電素子52,52を駆動した場合、圧電体52の側面が固定されているため、一点鎖線で示すように被動部材54の中央部分が下方に突出するように変位することとなる。   FIG. 8 is a schematic perspective view showing a piezoelectric actuator according to the fourth embodiment of the present invention. The piezoelectric actuator 61 of the present embodiment corresponds to a modification of the piezoelectric actuator 51 shown in FIG. Here, the driven member 54 is made of a rectangular metal plate, but the driven member 54 is supported by a pair of piezoelectric elements 52 and 52 in both ends. In other respects, the piezoelectric actuator 61 is the same as the piezoelectric actuator 51. Since the driven member 54 is supported at both ends by the piezoelectric elements 52, 52, when the piezoelectric elements 52, 52 are driven, the side surfaces of the piezoelectric body 52 are fixed. The center part of 54 will be displaced so that it may protrude below.

本実施形態においても、圧電体55自体は、大きく変形しないため、圧電体55におけるクラックは生じ難く、圧電素子52の短絡も生じ難い。   Also in the present embodiment, since the piezoelectric body 55 itself is not greatly deformed, cracks in the piezoelectric body 55 hardly occur, and short circuit of the piezoelectric element 52 hardly occurs.

なお、被動部材54において最も大きく変位する部分は、被動部材54の中央部分であり、該中央部分が弾性変形し、下方に突出する。この変位量は、圧電素子52における圧電体55の変形量より大きくされている。従って、本実施形態においても、被動部材54において、変位量を拡大することが可能とされている。もっとも、図7に示した片持ち張りで被動部材54が支持されている構造では、端部54cがより大きな変位量を得ることができるので、第3の実施形態の圧電アクチュエータ51が第4の実施形態の圧電アクチュエータ61よりも好ましい。もっとも、第4の実施形態では、被動部材54が両端において、圧電素子52,52で支持されているので、被動部材54を安定に支持することができる。   The portion of the driven member 54 that is displaced the most is the central portion of the driven member 54. The central portion is elastically deformed and protrudes downward. The amount of displacement is larger than the amount of deformation of the piezoelectric body 55 in the piezoelectric element 52. Therefore, also in the present embodiment, the displacement amount of the driven member 54 can be increased. However, in the structure in which the driven member 54 is supported by the cantilever shown in FIG. 7, the end portion 54c can obtain a larger amount of displacement, so the piezoelectric actuator 51 of the third embodiment is the fourth. It is more preferable than the piezoelectric actuator 61 of the embodiment. However, in the fourth embodiment, since the driven member 54 is supported by the piezoelectric elements 52 and 52 at both ends, the driven member 54 can be stably supported.

上述してきた第1〜第4の実施形態では、被動部材として、円板または矩形板状の金属板を用いたが、他の平面形状の被動部材を用いてもよい。また、板状でなく、棒状、あるいは無定形形状のような様々な形状の被動部材を用いてもよい。加えて、金属材料に限らず、圧電セラミックスよりも脆性破壊しにくい適宜の材料により、被動部材を形成することができる。このような材料としては、アクリル樹脂などの脆性破壊しにくい硬質の合成樹脂を挙げることができる。   In the first to fourth embodiments described above, a circular plate or a rectangular metal plate is used as the driven member, but other planar driven members may be used. Further, a driven member having various shapes such as a rod shape or an amorphous shape may be used instead of the plate shape. In addition, the driven member can be formed of an appropriate material that is less susceptible to brittle fracture than piezoelectric ceramics, not limited to metal materials. Examples of such a material include a hard synthetic resin such as an acrylic resin which is not easily brittlely broken.

1…圧電アクチュエータ
2…圧電素子
3…接着剤層
4…被動部材
5…圧電体
5a…内周側面
5b…外周側面
5c…上面
5d…下面
6,7…第1,第2の励振電極
31…圧電素子
32,33…圧電素子
41…圧電アクチュエータ
42…圧電素子
43…接着剤層
44…被動部材
45…圧電体
45a…内周側面
45b…外周側面
45c…上面
45d…下面
46,47…第2の励振電極
51…圧電アクチュエータ
52…圧電素子
52a,52b…側面
52c…上面
52d…下面
53…接着剤層
54…被動部材
55…圧電体
55a,55b…側面
55c…上面
55d…下面
56,57…第2の励振電極
61…圧電アクチュエータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Piezoelectric actuator 2 ... Piezoelectric element 3 ... Adhesive layer 4 ... Driven member 5 ... Piezoelectric body 5a ... Inner peripheral side surface 5b ... Outer peripheral side surface 5c ... Upper surface 5d ... Lower surface 6,7 ... 1st, 2nd excitation electrode 31 ... Piezoelectric element 32, 33 ... Piezoelectric element 41 ... Piezoelectric actuator 42 ... Piezoelectric element 43 ... Adhesive layer 44 ... Driven member 45 ... Piezoelectric body 45a ... Inner peripheral side surface 45b ... Outer peripheral side surface 45c ... Upper surface 45d ... Lower surface 46, 47 ... Second Excitation electrode 51 ... Piezoelectric actuator 52 ... Piezoelectric element 52a, 52b ... Side surface 52c ... Upper surface 52d ... Lower surface 53 ... Adhesive layer 54 ... Driven member 55 ... Piezoelectric material 55a, 55b ... Side surface 55c ... Upper surface 55d ... Lower surface 56, 57 ... Second excitation electrode 61 ... piezoelectric actuator

Claims (7)

上面及び下面と、円筒状曲面からなる内周側面と、円筒状曲面からなる外周側面とを有するドーナツ型の形状を有し、径方向または厚み方向において逆方向を含まない第1の方向にのみ分極処理された圧電体と、前記圧電体の第1の方向と直交する方向に電界を印加するために、前記圧電体の外表面に形成された第1,第2の励振電極とを有する圧電素子と、
前記圧電素子に非拘束部分を有するように固定されており、該圧電素子の変形を受けて変位する被動部材とを備える、圧電アクチュエータ。
It has a donut shape having an upper surface and a lower surface, an inner peripheral side surface made of a cylindrical curved surface, and an outer peripheral side surface made of a cylindrical curved surface, and only in a first direction that does not include a reverse direction in the radial direction or the thickness direction Piezoelectric element having a polarized piezoelectric body and first and second excitation electrodes formed on the outer surface of the piezoelectric body to apply an electric field in a direction orthogonal to the first direction of the piezoelectric body Elements,
A piezoelectric actuator comprising: a driven member that is fixed to the piezoelectric element so as to have an unconstrained portion, and is displaced by deformation of the piezoelectric element.
分極方向が前記円筒曲面の径方向であり、前記第1,第2の励振電極が前記圧電体の上面及び下面にそれぞれ形成されている、請求項1に記載の圧電アクチュエータ。   2. The piezoelectric actuator according to claim 1, wherein a polarization direction is a radial direction of the cylindrical curved surface, and the first and second excitation electrodes are respectively formed on an upper surface and a lower surface of the piezoelectric body. 分極方向が前記ドーナツ型の圧電体の上面と下面とを結ぶ方向であって、前記第1,第2の励振電極が前記圧電体の内周側面及び外周側面にそれぞれ形成されている、請求項1に記載の圧電アクチュエータ。   The polarization direction is a direction connecting an upper surface and a lower surface of the doughnut-shaped piezoelectric body, and the first and second excitation electrodes are respectively formed on an inner peripheral side surface and an outer peripheral side surface of the piezoelectric body. The piezoelectric actuator according to 1. 前記被動部材が、弾性変形し得る板状部材からなり、前記ドーナツ型の圧電体の上面または下面の全領域を覆うように固定されている、請求項1〜3のいずれか1項に記載の圧電アクチュエータ。   The said driven member consists of a plate-shaped member which can be elastically deformed, and is fixed so that the whole area | region of the upper surface or lower surface of the said donut-shaped piezoelectric material may be covered. Piezoelectric actuator. 前記被動部材の内、変位が最も大きくなる部分が前記圧電体に比べて脆性破壊しにくい材料からなる、請求項1〜のいずれか1項に記載の圧電アクチュエータ。 Wherein among the driven member, the displacement is made of a brittle fracture hardly material than most larger portion on the piezoelectric, the piezoelectric actuator according to any one of claims 1-4. 前記被動部材の全体が、前記脆性破壊しにくい材料からなる、請求項に記載の圧電アクチュエータ。 The piezoelectric actuator according to claim 5 , wherein the entire driven member is made of a material that is not easily brittlely broken. 前記被動部材が金属板からなる、請求項1〜のいずれか1項に記載の圧電アクチュエータ。 The driven member is made of a metal plate, a piezoelectric actuator according to any one of claims 1-6.
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JPS58137462A (en) * 1982-02-10 1983-08-15 Matsushita Electric Ind Co Ltd Atomizer
JPS62298189A (en) * 1986-06-18 1987-12-25 Sumitomo Special Metals Co Ltd Piezoelectric actuator
JPS62298190A (en) * 1986-06-18 1987-12-25 Sumitomo Special Metals Co Ltd Piezoelectric actuator
JPH11307835A (en) * 1998-04-21 1999-11-05 Fuji Elelctrochem Co Ltd Manufacture of sheared piezoelectric element of laminating structure
JP2002257845A (en) * 2001-03-01 2002-09-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd Piezoelectric element for accelerometer and method of manufacturing the same, and grinding whetstone used for method of manufacturing the same
JP2002267035A (en) * 2001-03-13 2002-09-18 Taiheiyo Cement Corp Piezoelectric valve

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