JPH0232573A - 屈曲型圧電変位素子 - 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］ 本発明は、圧電バイモルフ、圧電ユニモルフ等の屈曲型
圧電変位素子に関するものである。

これらの屈曲型圧電変位素子は、ピックアップ、リレー
、磁気記録ヘッド、ブザー等に用いるアクチュエータや
振動子として好適である。

［従来の技術と発明が解決しようとする問題点］一般に
、圧電バイモルフ等の屈曲型圧電変位素子は、１枚又は
２枚の圧電板と１枚の金属弾性シム板から成り、これら
の圧電板と弾性シム板は互いに、剥離強度の比較的強い
、エポキシなどの高分子系接着剤で貼り合わされている
。しかしながらこのような接着剤は、高温において、劣
化、軟化が著しく、屈曲変位の温度安定性を悪化させる
とともに素子の使用温度範囲を極端に狭めている。

また、これによって形成される接着層が、ある程度の厚
みを有しているために駆動時における剪断応力によるず
れを引き起こし、屈曲変位量の安定性を減退させる。

一方、高分子系の接着剤を用いないで、ガラス等の成分
を含む導電ペーストを圧電セラミックス板に塗布し、２
枚以上の板どうしを焼き付は接着する手法がある。この
場合、７００℃以上の高温で焼き付は処理をするために
、接着の媒体となるりん青銅や黄銅等の金属は溶融する
ので、このような金属弾性シム板を中間に介在させて接
着することが不可能となる。このような素子は、圧電セ
ラミックスの薄板のみで形成されているために、機械的
強度に劣る。

［問題を解決するための手段］ 本発明の要旨は、圧電セラミックスの薄板とセラミック
スの弾性シム板とを、高分子系の接着剤ヲ用イスに貼り
合わせることによって、前記従来の欠点を解消し、屈曲
変位量の安定性に優れ、高温での使用に耐えるとともに
、機械的強度の優れた圧電バイモルフを提供することに
ある。

以下、その詳細について説明する。

弾性シム板を用いた屈曲型圧電変位素子は主に、圧電バ
イモルフ、圧電ユニモルフに大別される。

圧電バイモルフは、分極方向と、同方向に電圧を印加す
る圧電板と逆方向に電圧を印加する圧電板を貼り合わせ
ることによって、屈曲を生じさせ、圧電ユニモルフは、
電圧を印加すると、伸び縮みする圧電板と伸び縮みしな
い弾性シム板を貼り合わせることによって、屈曲を生じ
させる。そこで、前者は、機械的強度を補うために２枚
の圧電板の間に圧電性を有さない弾性シム板を介して貼
り合わせることが多い。すなわち、これらはいずれも、
圧電性を有する薄板と圧電性を有さない弾性シム板から
なる複合素子であり、それぞれの板は接着剤等によって
互いに貼り合わされている。このような接着剤は、屈曲
変位に伴う剪断、または引っ張りの応力の繰り返しに耐
える、十分な接着強度を備えている必要がある。しかも
、屈曲変位量は素子の厚みの２乗に反比例するために接
着層はできるだけ薄い方が望ましい。

本発明では、導電性の媒体例えば、ガラス分を含む導電
性ペースト、例えば、銀粉末からなるペーストを介して
圧電セラミックスと弾性シム板を焼き付は接着等の方法
で接着することによって、高分子系接着剤を用いずに貼
り合わせることが特徴である。

前記した弾性シム板は、ジルコニア特に部分安定化した
ジルコニアなどである。

この際の焼き付は処理は、好ましくは７００℃〜８５０
℃であり、焼き付けにより形成される導電薄層の機械的
強度は、圧電セラミックスの圧電性を有している温度範
囲内では充分耐えるものである。

圧電セラミックスのＮみ方向に電圧を印加するためには
、その両面に電極が必要であるが、本発明における屈曲
型圧電素子ではその両面の導電薄層が、電極であるとと
もに接着剤の役割も兼ね備えることになる。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように本発明によれば、（１）
素子の製造工程における、圧電板の電極付けと接着が一
つの工程になり、簡略化、コストの低減化となる。

（２）接着層の厚みが僅かとなり、素子厚み当たりの屈
曲変位の効率が高まり、引っ張りまたは剪断応力に対す
る、接着層による影響がほとんどなくなり、屈曲変位量
が安定する。

（３）高温での機械的強度に優れ、屈曲変位量も安定す
る。

［実施例］ 第１図は本発明の一実施例を示す圧電バイモルフの断面
図示す。

図中１．２は圧電性を有する圧電板である。すなわち、
分極方向と同方向に電圧が印加されたとき分曲方向と直
角方向に縮み、また逆方向に電圧が印加されたとき分極
方向と直角方向に伸びるものである。圧電板１と２は、
分極軸が互いに同じ方向に揃うように弾性シム板３に接
合されている。

矢印Ａ、Ｂはそれぞれ圧電板１．２の分極軸方向を示す
。弾性シム板３は、部分安定化ジルコニアセラミックス
の薄板であり、圧電板１．２のそれぞれの片面と弾性シ
ム板３の両面は、導電薄板５によって接着される。そし
て、圧電板１．２の各外側にも導電薄層４．６が形成さ
れ、導電薄層４．６は直流電源７の一方の電極端子に接
続され、また、導電薄層５は直流電源７の他方の電極端
子に接続される。このように構成された圧電バイモルフ
は、動作時において、圧電板１には分極方向と同一方向
に電圧が印加され、かつ、圧電板２には分極方向と逆方
向に電圧が印加される。この様な電圧印加によって、圧
電板ｌは伸びるとともに圧電板２は縮み、全体として下
方に屈曲変形する。

この実施例に係る圧電バイモルフの試料として、長さ４
０１１１１１％幅１６ｍｍ、厚み０．２ｍｍの圧電板に
約８００℃で両面にＡｇの導電薄層を焼き付けたものと
、同様に両面にＡｇの導電薄層を形成した長さ４５１１
１１１％幅Ｌ（ｉｍｍｓ厚みＯ，１ｍｍの部分安定化ジ
ルコニアの薄板を、上述のように貼り合わせたものを測
定に供した。変位量の測定は、上記の圧電バイモルフの
一方の端を３０ａ＋＋＋＋の長さを残して固定し、電圧
を印加したときの他端の変位量を、渦電流方式の非接触
変位計を用いて行った。

第２図は、直流電圧をステップ的に印加したときの、屈
曲変位量の時間依存性を示したものである。この時、印
加直後の屈曲変位量が１００μｍとなるように電圧の大
きさを設定した。また、比較ツタめに、同形状、同寸法
の圧電板とジルコニア薄板を、エポキシ系の接着剤で接
合した比較品を実験に供した。同図は、この実施例の圧
電バイモルフ、比較品のそれぞれの印加後の時間−変位
量の変化を示している。同図から明らかなように、比較
品に比べ、この実施例のバイモルフの変位量の経時変化
が少ないことがわかる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す圧電バイモルフの側面
に平行な面での断面図を、第２図は同バイモルフの直流
電圧印加後の時間−変位特性図を示す図である。図中１
．２は圧電板、３は弾性シム板、４．５．６は導電薄層
、７は直流電源を夫々示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 圧電セラミックス板とセラミックス弾性シム板とが高分
   子系接着剤を除く導電性媒体を介して成る屈曲型圧電変
   位素子。