JPH0244530Y2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0244530Y2 JPH0244530Y2 JP1985193914U JP19391485U JPH0244530Y2 JP H0244530 Y2 JPH0244530 Y2 JP H0244530Y2 JP 1985193914 U JP1985193914 U JP 1985193914U JP 19391485 U JP19391485 U JP 19391485U JP H0244530 Y2 JPH0244530 Y2 JP H0244530Y2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- force
- displacement
- piezoelectric
- bimorph element
- bimorph
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
Description
【考案の詳細な説明】
本考案は、温度変化に影響を受けない、圧電材
料の逆圧電効果を力変位の源とする圧電バイモル
フ型アクチユエータに関する。
料の逆圧電効果を力変位の源とする圧電バイモル
フ型アクチユエータに関する。
従来、この種の圧電材料の逆圧電効果を力変位
に変える圧電アクチユエータとしては、圧電材料
の縦効果を利用する積層型圧電アクチユエータ
と、横効果を利用する圧電バイモルフ型アクチユ
エータとがある。この場合、できるだけ大きな力
や変位を得るために、圧電定数の大きな材料が求
められ、近年、一般的にこの圧電材料としてはジ
ルコンチタン酸鉛の固容体を主とするいわゆる
PZT系の圧電セラミツクスが用いられるのが一
般的である。そして圧電定数の大きな機能を実現
するためにキユーリ点のなるべく低い組成材料が
選ばれる傾向がある。したがつて、キユーリ点が
低いため、誘電率がきわめて大きく、5000〜7000
の値を有する材料が得られている。これらの材質
では圧電ｄ定数でd31＝350〜400×10-12N／Ｖの
ような大きな値が実現している。
に変える圧電アクチユエータとしては、圧電材料
の縦効果を利用する積層型圧電アクチユエータ
と、横効果を利用する圧電バイモルフ型アクチユ
エータとがある。この場合、できるだけ大きな力
や変位を得るために、圧電定数の大きな材料が求
められ、近年、一般的にこの圧電材料としてはジ
ルコンチタン酸鉛の固容体を主とするいわゆる
PZT系の圧電セラミツクスが用いられるのが一
般的である。そして圧電定数の大きな機能を実現
するためにキユーリ点のなるべく低い組成材料が
選ばれる傾向がある。したがつて、キユーリ点が
低いため、誘電率がきわめて大きく、5000〜7000
の値を有する材料が得られている。これらの材質
では圧電ｄ定数でd31＝350〜400×10-12N／Ｖの
ような大きな値が実現している。
しかしながら、これらの材料の大きな欠点とし
ては、キユーリ点が低いため（例えば100〜150
℃）、誘電率の温度係数が極めて大きく、
10000ppm／℃（＋20゜〜＋60゜）前後となつてい
る。したがつて、これらの材質を用いた圧電アク
チユエータの出力たる変位や力は、駆動電圧が同
じである限り環境によつて大きく左右され、温度
上昇に伴なつて変位・力がある範囲ので上昇する
反面、温度が下降すると逆に変位・力が減少する
という欠点がある。
ては、キユーリ点が低いため（例えば100〜150
℃）、誘電率の温度係数が極めて大きく、
10000ppm／℃（＋20゜〜＋60゜）前後となつてい
る。したがつて、これらの材質を用いた圧電アク
チユエータの出力たる変位や力は、駆動電圧が同
じである限り環境によつて大きく左右され、温度
上昇に伴なつて変位・力がある範囲ので上昇する
反面、温度が下降すると逆に変位・力が減少する
という欠点がある。
本考案はかかる点に鑑み、温度の上昇及び降下
によつてバイモルフ変位及び発生力に影響を受け
ないようにした圧電バイモルフアクチユエータを
提案することを主たる目的とする。
によつてバイモルフ変位及び発生力に影響を受け
ないようにした圧電バイモルフアクチユエータを
提案することを主たる目的とする。
以下本考案の一実施例について図面を参照しな
がら詳細に説明する。
がら詳細に説明する。
第１図はバイモルフ素子に係る極性切換えによ
る両側駆動方式の原理図である。すなわち一方の
圧電板１に分極と同じ方向の電圧を印加し、同時
に他方の圧電板１′には逆方向の電圧を印加する
ことにより、一方の圧電板１は長さ方向に縮み、
他方の圧電板１′は伸びるため、自由端は大きく
屈曲する。次に各々の圧電板１，１′の電極間を
抵抗を通じて放電させると同時に、各々今までと
逆方向の電圧を印加すると失端の屈曲は反対方向
となる。
る両側駆動方式の原理図である。すなわち一方の
圧電板１に分極と同じ方向の電圧を印加し、同時
に他方の圧電板１′には逆方向の電圧を印加する
ことにより、一方の圧電板１は長さ方向に縮み、
他方の圧電板１′は伸びるため、自由端は大きく
屈曲する。次に各々の圧電板１，１′の電極間を
抵抗を通じて放電させると同時に、各々今までと
逆方向の電圧を印加すると失端の屈曲は反対方向
となる。
今、第１図に示す如き状態１から第２図に示す
如き状態２、更に状態１に戻る過程におけるバイ
モルフ素子の先端の変位量及び力を発生する向き
は、第３図に示す如くになる。第３図の座標の原
点は、横軸ではバイモルフ素子に電圧を印加しな
い中立の位置であり、縦軸では上方向が上向きの
力、下方向が下向きの力を示す。駆動する電源側
において、前述の２つの圧電板に印加する電圧の
印加、放電、逆方向の電圧印加が自動的に回路に
よつて行なわれる場合、１つのスイツチング動作
によつて、バイモルフ素子は上下に移動すること
ができる。そしてバイモルフ素子の先端の位置と
力との関係は、第３図に示す如く、閉ループに沿
つて矢印の方向に動くことになる。
如き状態２、更に状態１に戻る過程におけるバイ
モルフ素子の先端の変位量及び力を発生する向き
は、第３図に示す如くになる。第３図の座標の原
点は、横軸ではバイモルフ素子に電圧を印加しな
い中立の位置であり、縦軸では上方向が上向きの
力、下方向が下向きの力を示す。駆動する電源側
において、前述の２つの圧電板に印加する電圧の
印加、放電、逆方向の電圧印加が自動的に回路に
よつて行なわれる場合、１つのスイツチング動作
によつて、バイモルフ素子は上下に移動すること
ができる。そしてバイモルフ素子の先端の位置と
力との関係は、第３図に示す如く、閉ループに沿
つて矢印の方向に動くことになる。
次に、バイモルフ素子の先端の変位量に一定の
制限機構（図中Ａ線、Ｂ線）を設けることによ
り、変位量と同時に発生力も制限を受け、その発
生力の変位量は、第３図に示す如く、制限した変
位量δ0点を通る縦軸と平行な線が発生力のカーブ
と交わる点で求めることができる。
制限機構（図中Ａ線、Ｂ線）を設けることによ
り、変位量と同時に発生力も制限を受け、その発
生力の変位量は、第３図に示す如く、制限した変
位量δ0点を通る縦軸と平行な線が発生力のカーブ
と交わる点で求めることができる。
実際に、アクチユエータとして実装する場合
は、温度変化が生じても、常に一定の変位を要
求される場合、常に一定の力を要求される場合
又は両方同時に一定であることが要求されるこ
ともある。したがつて、一定の変位を保つために
は、予想される温度変化内で最小の変位に比べて
等しいか、それ以下に制限しておけば、外に現わ
れる変位は温度変化に拘わらず常に一定である。
しかし力は、温度変化によつて大きく変動するこ
とになる。
は、温度変化が生じても、常に一定の変位を要
求される場合、常に一定の力を要求される場合
又は両方同時に一定であることが要求されるこ
ともある。したがつて、一定の変位を保つために
は、予想される温度変化内で最小の変位に比べて
等しいか、それ以下に制限しておけば、外に現わ
れる変位は温度変化に拘わらず常に一定である。
しかし力は、温度変化によつて大きく変動するこ
とになる。
そこで、第５図に示す如く、シーソー機構５
と、バイモルフ素子１，１′の先端との間に、連
結部材３を介してバイメタル４を接続した機構に
て構成し、てこの原理によつて変位量を拡大（力
を縮小）したり縮小（力を拡大）することができ
るようにし、所定の変位と共に、必要な力も得る
ことができるように構成している。
と、バイモルフ素子１，１′の先端との間に、連
結部材３を介してバイメタル４を接続した機構に
て構成し、てこの原理によつて変位量を拡大（力
を縮小）したり縮小（力を拡大）することができ
るようにし、所定の変位と共に、必要な力も得る
ことができるように構成している。
第４図は、温度変化（T1＞T2＞T3）によつて
生じたバイモルフ素子の発生力と変位との関係を
示す閉ループを示す線図である。上向きの発生力
を常に一定の力f0にするためには、図から明らか
なように、発生力が大きいときは制動量をより大
きく（図で左方向の変位を小さく）すれば良いこ
とが分かる。ただしこのままでは、作用点を移動
させる必要が生じる。この場合、温度上昇によつ
て、バイモルフ素子１，１′の変位量と発生力が
増大するときは、バイメタル４が第５図中、下方
向に変形するので、制動量が増大して相殺するこ
とになり、逆に温度下降によつて変位量と発生力
が減少するときは、バイメタル４が図中上方向に
変形して制動量を減少して相殺することになり、
よつて、シーソー機構５の先端６の下方向に発生
する力は一定に保たれることになる。
生じたバイモルフ素子の発生力と変位との関係を
示す閉ループを示す線図である。上向きの発生力
を常に一定の力f0にするためには、図から明らか
なように、発生力が大きいときは制動量をより大
きく（図で左方向の変位を小さく）すれば良いこ
とが分かる。ただしこのままでは、作用点を移動
させる必要が生じる。この場合、温度上昇によつ
て、バイモルフ素子１，１′の変位量と発生力が
増大するときは、バイメタル４が第５図中、下方
向に変形するので、制動量が増大して相殺するこ
とになり、逆に温度下降によつて変位量と発生力
が減少するときは、バイメタル４が図中上方向に
変形して制動量を減少して相殺することになり、
よつて、シーソー機構５の先端６の下方向に発生
する力は一定に保たれることになる。
またこのとき、シーソー機構５の先端６の位置
は、レバー制限機構７，７′によつて一定範囲内
にあり、この過程で変化はない。
は、レバー制限機構７，７′によつて一定範囲内
にあり、この過程で変化はない。
尚、本考案の場合、バイモルフ素子１，１′の
一方向の動作についての制御構造であるが、実用
的な応用における一般的に動作主体は、一方向の
場合が多く、各種微少調整機構、圧電シーソー等
への応用が期待できる。
一方向の動作についての制御構造であるが、実用
的な応用における一般的に動作主体は、一方向の
場合が多く、各種微少調整機構、圧電シーソー等
への応用が期待できる。
以上述べたごとく本考案によれば、バイモルフ
素子と平行するシーソー機構と、バイモルフ素子
の作用端との間をバイメタル機構を用いて連結
し、上記シーソー機構の作用端を作用点とし、温
度変化に応ずる上記バイモルフ素子の発生力を上
記バイメタル機構で制御し、上記シーソー機構の
先端に発生する力を温度変化に関係なく常に一定
にしたので、 従来のバイモルフ素子の素材に共通の、キユー
リ点が低く誘電率の温度係数が極めて大きいこと
に起因して、変位や力は駆動電圧が同じである場
合には環境によつて大きく左右され、温度上昇に
伴なつて変位・力がある範囲ので上昇すること又
は温度が下降すると逆に変位・力が減少するとい
う欠点を解消することができる。
素子と平行するシーソー機構と、バイモルフ素子
の作用端との間をバイメタル機構を用いて連結
し、上記シーソー機構の作用端を作用点とし、温
度変化に応ずる上記バイモルフ素子の発生力を上
記バイメタル機構で制御し、上記シーソー機構の
先端に発生する力を温度変化に関係なく常に一定
にしたので、 従来のバイモルフ素子の素材に共通の、キユー
リ点が低く誘電率の温度係数が極めて大きいこと
に起因して、変位や力は駆動電圧が同じである場
合には環境によつて大きく左右され、温度上昇に
伴なつて変位・力がある範囲ので上昇すること又
は温度が下降すると逆に変位・力が減少するとい
う欠点を解消することができる。
第１図及び第２図はバイモルフ素子の作用の説
明に供する図、第３図及び第４図は同じく変位と
力との関係を示す線図、第５図は本考案の一実施
例を示す側面図である。 １，１′……バイモルフ素子、４……バイメタ
ル機構、５……シーソー機構、６……シーソー機
構の先端、７，７′……制限機構。
明に供する図、第３図及び第４図は同じく変位と
力との関係を示す線図、第５図は本考案の一実施
例を示す側面図である。 １，１′……バイモルフ素子、４……バイメタ
ル機構、５……シーソー機構、６……シーソー機
構の先端、７，７′……制限機構。
Claims (1)
- バイモルフ素子と平行するシーソー機構と、バ
イモルフ素子の作用端との間をバイメタル機構を
用いて連結し、上記シーソー機構の作用端を作用
点とし、温度変化に応ずる上記バイモルフ素子の
発生力を上記バイメタル機構で制御し、上記シー
ソー機構の先端に発生する力を温度変化に関係な
く、常に一定にすることを特徴とする圧電バイモ
ルフ型アクチユエータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1985193914U JPH0244530Y2 (ja) | 1985-12-17 | 1985-12-17 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1985193914U JPH0244530Y2 (ja) | 1985-12-17 | 1985-12-17 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62101255U JPS62101255U (ja) | 1987-06-27 |
| JPH0244530Y2 true JPH0244530Y2 (ja) | 1990-11-27 |
Family
ID=31150387
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1985193914U Expired JPH0244530Y2 (ja) | 1985-12-17 | 1985-12-17 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0244530Y2 (ja) |
-
1985
- 1985-12-17 JP JP1985193914U patent/JPH0244530Y2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62101255U (ja) | 1987-06-27 |
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