JPH02162782A - バイモルフ型変位素子の駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明はバイモルフ型の変位素子の駆動方法に関する
。

（従来の技術） バイモルフ型の変位素子は、強誘電性磁器基板を２枚貼
合せたものであり、たとえば、パラレル型のものは、２
枚の強誘電性磁器基板の間にある電極に一方の電位を与
え、２枚の強誘電性磁器基板の間外表面側の−２つの電
極に他方の電位を与えて駆動するものである。

この変位素子によれば、一方の磁器板の電界が加わると
同時に、他方の磁器板のは一方の磁器板とは逆方向の電
界が加えられることになり、もしこの磁器板に抗電界以
上の電界が加えられると、伸びる方向から逆に縮む方向
に変形することになり、結果的には全体の変位量が小さ
くなるという問題がある。

このような問題を解決するために、特開昭６２−１３９
３６９号に開示されているように、強誘電性圧電板と電
界を印加すると反強誘電体から強誘電体へ相転移する反
強誘電体板とを電極層を介して積層したものがある。

このタイプのバイモルフ型変位素子の駆動原理は、強誘
電性圧電板と反強誘電体板に電界を加えると、反強誘電
体板の相転移を起こす臨界電界強度以下の電界では、強
誘電性圧電板のみによって変位し、ざらに反強誘電体板
の臨界電界強度を越えると、との反強誘電体板によって
変化が急激に発生するというものである。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このタイプのバイモルフ型の変位素子は
、反強誘電体板が有する臨界電界強度以上で駆動させる
ことに特徴があるが、強誘電性圧電板の分極方向に対し
て順方向に電界が加えられ、分極反転が起こらない電界
レベルでの駆動を利用したものであり、しかも変位のた
めの電界が正方向にのみ加えられるため、実際の利用に
おいて大きな変位量を得るまでに至っていないのが現状
である。

（発明の目的） したがって、この発明は従来にくらべてさらに大きな変
位量が得られるバイモルフ型の変位素子を提供すること
を目的とする。

（発明の構成） すなわち、この発明は内部電極を介挿して強誘電性磁器
板と反強誘電性磁器板が接合され、強誘電性磁器板と反
強誘電性磁器板の両外表面に外部電極が形成されたバイ
モルフ型変位素子において、強誘電性磁器板と反強誘電
性磁器板に、前記強誘電性磁器板の抗電界レベルおよび
反強誘電性磁器基板の強誘電体へ相転移する抗電界レベ
ルを越えて、正方向および負方向の電界を印加すること
を特徴とするバイモルフ型変位素子の駆動方法である。

また、この発明は内部電極を介挿して強誘電性磁器板と
反強誘電性磁器板が接合され、強誘電性磁器板と反強誘
電性磁器板の両外表面に外部電極が形成されたバイモル
フ型変位素子において、強誘電性磁器板は分極されてお
り、この強誘電性磁器板に抗電界を越えない範囲で、分
極軸と逆方向の電界を加える領域と、 この強誘電性磁器板の分極方向に対して順方向に電界を
加えるるとともに、反強誘電性磁器板が強誘電体へ相転
移する抗電界レベルを越えて反強誘電体磁器板が絶縁破
壊しないまでの電界を加える領域において、 前記強誘電性磁器板と反強誘電性磁器板に、正方向およ
び負方向の電界を印加することを特徴とするバイモルフ
型変位素子の駆動方法である。

（発明の効果） 以上の構成によれば、強誘電性磁器板が未分極であって
もまた分極されていても、この強誘電性磁器板に電界を
加えるとともに、反強誘電性磁器板に電圧を加えること
により、従来のものにくらべてさらに大きな変位量が得
られることになる。

（実施例） 以下、この発明を実施例に従って、詳細に説明する。

実施例１ 強誘電性磁器板として次に示す組成からなるものを準備
した。

０．４０Ｐｂ　（Ｎ　ｉ　１／３Ｗｂ２／３）０３−０
．３８ＰｂＴｉＯ３−０，２２ＰｂＺｒＯ３また、反強
誘電性磁器板として次に示す組成のものを準備した。

ＰｂＯ，９９ＮｂＯ，０２［（Ｚ’０．６Ｓｎ０．４）
０．９４”０．０６］０．９８°３これらの各磁器板を
用いて第１図に示すようなバイモルフ型の変位素子を構
成した。

第１図において、１は強誘電性磁器板、２は反強誘電性
磁器板であり、それぞれの両生表面に銀の焼付は電極８
．４および５．６を形成した。そして、これらの２枚、
の磁器板をエポキシ系接着剤７で貼合せた。

この変位素子の大きさは、強誘電性磁器板１については
、幅５ｍｍ、長さ３Ｑｍｍ、厚み２００μｍ、また反強
誘電性磁器板２については、幅５ｍｍ、長さ２５ｍｍ、
厚み２００μｍであり、長いほうの強誘電性磁器板１を
固定台８に接着固定し、振動部分の有効長を２０ｍｍと
した。

この変位素子の駆動は電極８．５を一方の端子とし、電
極４．６を他方の端子としたパラレル接続型として電源
９に電気接続したものである。

なお、強誘電性磁器板の分極方向は、この場合図面に示
した矢印方向である。

このような構成よりなるバイモルフ型の変位素子につい
て、電極４．６側にまず正の電界が加わるように、第３
図に示す交流電界を加えたところ、第２図に示すような
変位が生じた。

第２図に示した変位の状態のうち、第３図の正弦波形の
Ｗｌ、Ｗ２の電界を加えた領域における変位素子の変位
の状態を詳細に説明すると、第１表のようになる。

なお、第１表において、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ８、Ｒ４、Ｒ５
は第２図に示した変位素子の軌跡を示し、第３図の交流
電界のうち、その正弦波形Ｗ１、Ｗ２の電界を印加した
場合の変位素子の変位領域を区分したものである。

（以下、余白） 第１表 第２図から明らかなように、この実施例による場合、変
位素子の変位量の絶対値は１．６５ｍｆｆ１であった。

参考までに、この実施例による変位素子を構成している
各磁器板、つまり、強誘電性磁器板、反強誘電性磁器板
について、それぞれ単独に同じ正弦波形の電界を印加し
たときの変位を第４図、第５図に示した。

また、従来技術の特開昭６２−１３９３６９号にもとづ
くバイモルフ形の変位素子について、その変位量を測定
したところ、第６図に示すような結果が得られた。

この結果から、従来技術によるものはその変量の絶対値
が１．１ｍｍ程度であり、上記したこの発明の変位量の
絶対値の１．６５ｍｍはこれに比べて約５０％の変量の
増大が計れている。

これは従来技術のものが強誘電性磁器板の分極方向に沿
って順方向にのみ電界を印加していることによるもので
あり、しかも変位のための電界はプラス側のみによるこ
とに起因する。

なお、従来技術の変位素子の構造は第１図のものと同じ
である。

また、従来技術による変位素子を構成している各磁器板
、つまり、強誘電性磁器板、反強誘電性磁器板について
、それぞれ単独に同じ正弦波形の電界を印加したときの
変位を第７図、第８図に示した。

上記したこの発明の実施例の他に、強誘電性磁器基板の
分極方向を第１図に示した方向と同じようにし、第３図
に破線で示したように、印加電圧の正弦波形をマイナス
電位から始まるようにして駆動させてもよい。

また、強誘電性磁器基板の分極軸の方向が第１図に示し
た方向とは逆の場合について、第３図に実線または破線
で示した正弦波形の電界を印加して駆動させてもよい。

さらに、強誘電性磁器板として、未分極のものを用いて
、この実施例で説明した内容にもとづいても、従来技術
にくらべて大きな変位量が得られる。

実施例２ この実施例において用いるバイモルフ型の変位素子は、
実施例１で用いた第１図のものと同じである。

この実施例において、実施例１と大きく異なる点は、次
のような点にある。

つまり、第１０図の実線に示したように、変位素子に印
加する交流電界の波形にある。

第１０図において、波形のＷｌは、この変位素子に、電
極４．６にまず印加される負方向の電界であり、下方に
向くピーク点は、分極されている強誘電性磁器板の抗電
界を越えない範囲で、分極軸と反対方向の電界を加える
領域に相当する。

また、波形のＷ２は、強誘電性磁器板の分極方向に対し
て順方向に加える領域であるとともに、反強誘電性磁器
板の強誘電体に相転移する抗電界レベルを越えて反強誘
電性磁器板が絶縁破壊しないまでの範囲で電界を加える
領域に相当し、上に向くピーク点が反強誘電性磁器板が
絶縁破壊しないまでの電界である。

第１図に示したバイモルフ型の変位素子について、第１
０図に示す交流電界を加えたところ、第９図に示すよう
な変位が生じた。

第９図に示した変位の状態のうち、第１０図の波形のＷ
ｌおよびＷ２の電界を加えた領域における変位素子の変
位の状態を詳細に説明すると、第２表のようになる。

なお、第２表において、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５
、Ｒ６は第９図に示した変位素子の軌跡を示し、第１０
図の交流電界のうち、その波形Ｗ１、Ｗ２の電界を印加
した場合の変位素子の変位領域を区分したものである。

第２表 （以下、余白） 第９図から明らかなように、この実施例においても、実
施例１と同様その変位素子の変位量の絶対値は１．５５
ｍｍであった。

また、この実施例のほか、強誘電性磁器板の分極方向が
第１図とは逆の方向であれば、第１０図の破線で示す波
形の電界を加えればよい。

以上の各実施例１．２の他に、さらにまた、上記した各
実施例１．２では、強誘電性磁器板と反強誘電性磁器板
を各１枚ずつ貼合せた例を示したが、それぞれ複数枚積
層したものを用いてもよい。

また、強誘電性磁器板と反強誘電性磁器板を各１枚ずつ
貼合せた例を示したが、電極を含めて一体に焼成して構
成したものを用いてもよい。

さらにまた、上記各実施例１．２では、強誘電性磁器板
と反強誘電性磁器板の厚みを同じにしたが、相対的に互
いに厚みを異ならせてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の変位素子の駆動方法を実施するため
のバイモルフ型変位素子の概略構造図である。 第２図はこの発明の一実施例にもとづく駆動方法を実施
したときのバイモルフ型変位素子の変位状態を示す図で
ある。 第３図は第２図に対応したバイモルフ型変位素子を駆動
させたときに加えた電界の正弦波形図である。 第４図、第５図は、この発明の実施例による変位素子を
構成している各強誘電性磁器板、反強誘電性磁器板につ
いて、第３図に示した正弦波形の電界を印加したときの
変位をそれぞれ示した図である。 第６図は、従来技術のバイモルフ型変位素子について、
その変位量を測定した結果を示す図である。 第７図、第８図は、従来技術によるバイモルフ型変位素
子を構成している強誘電性磁器板、反強誘電性磁器板に
ついて、第３図に示た正弦波形の電界を印加したときの
変位をそれぞれ示した図である。 第９図はこの発明の他の実施例にもとづく駆動方法を実
施したときのバイモルフ型変位素子の変位状態を示す図
である。 第１０図は第９図に対応したバイモルフ型変位素子を駆
動させたときに加えた電界の波形図である。 １は強誘電性磁器板、２は反強誘電性磁器板、３．４．
５．６は銀の焼付は電極、７はエポキシ系接着剤、８は
固定台。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）内部電極を介挿して強誘電性磁器板と反強誘電性
   磁器板が接合され、強誘電性磁器板と反強誘電性磁器板
   の両外表面に外部電極が形成されたバイモルフ型変位素
   子において、 強誘電性磁器板と反強誘電性磁器板に、前記強誘電性磁
   器板の抗電界レベルおよび反強誘電性磁器基板の強誘電
   体へ相転移する抗電界レベルを越えて、正方向および負
   方向の電界を印加することを特徴とするバイモルフ型変
   位素子の駆動方法。
2. （２）内部電極を介挿して強誘電性磁器板と反強誘電性
   磁器板が接合され、強誘電性磁器板と反強誘電性磁器板
   の両外表面に外部電極が形成されたバイモルフ型変位素
   子において、 強誘電性磁器板は分極されており、この強誘電性磁器板
   に抗電界を越えない範囲で、分極軸と逆方向の電界を加
   える領域と、 この強誘電性磁器板の分極方向に対して順方向に電界を
   加えるるとともに、反強誘電性磁器板が強誘電体へ相転
   移する抗電界レベルを越えて反強誘電体磁器板が絶縁破
   壊しないまでの電界を加える領域において、 前記強誘電性磁器板と反強誘電性磁器板に、正方向およ
   び負方向の電界を印加することを特徴とするバイモルフ
   型変位素子の駆動方法。