JPH039519A

JPH039519A - 屈曲型変位素子

Info

Publication number: JPH039519A
Application number: JP14297889A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Asakura; 朝倉　博史; Hiroshi Yamamura; 山村　博
Original assignee: Tosoh Corp
Current assignee: Tosoh Corp
Priority date: 1989-06-07
Filing date: 1989-06-07
Publication date: 1991-01-17

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
変位素子に関するものである。

これらの屈曲型変位素子は、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
子として利用されている。

［従来の技術と発明が解決しようとする課題］圧電バイ
モルフ等の屈曲型変位素子は、印加する電圧の大きさに
ほぼ比例した変位量が得られることから、電圧制御によ
る精密位置制御への用途が期待されている。しかしなが
ら、一般に同一の電圧を変位素子に印加しても、その変
位位置は、そのおかれている雰囲気の温度に伴なって変
化するために、これを使用する際の雰囲気の温度を厳密
に制御する必要がある。

印加電圧による変位量に対して、温度により影響を及ぼ
す要因として主に次の二つが考えられる。

■材料の圧電効果による電界誘起歪み量の温度による変
化に起因するもの。

■変位素子を固定する固定治具や構成材料の、熱膨張変
化、圧電板と金属シム板を接合している接着層の、強度
や弾性率の変化に起因するもの。

これらの内、■は材料や素子構造の改良で改善が可能で
あるが、■については、種々の要素が複雑に作用してい
るために個々の要因の改良による改善が非常に困難であ
る。このため、変位量をセンサ等で検知しそれが目標値
に達していなければその偏差に比例した電圧をフィード
バックして素子に印加するという、クローズトループ方
式での制御が一般であるが、この方法は装置の構造が複
雑となり、また、操作が繁雑となる。

［課題を解決するための手段］本発明は、シム板に温度変化だけで屈曲変位が発生する
バイメタルを用いることによって、一定電圧下における
変位量の変化を、シム板、圧電板の各々の変化を互いに
逆向きに作用させて解消させる構造としたことを特徴と
するものである。

すなわち、電圧の大きさによらない温度変化による変位
位置の変化にあわせて、熱膨張係数の異なる二枚の金属
板を貼り合わせたバイモルフをシム板として組み込むこ
とによって、温度安定性に優れた屈曲型変位素子を提供
することである。

以下、その詳細について説明する。

圧電バイモルフ等の屈曲型変位素子の位置決めは数μｍ
から数十μｍで制御されるため、圧電材料の温度による
圧電効果への影響はもちろんのこと、構成物質の熱膨張
、弾性率、強度等の物性の変化による素子の位置変化も
無視できないほど大きい。これらの効果を総合した出力
変位位置は温度変化に対してほぼ比例（逆比例）してい
る。−方、熱膨張係数の異なる二枚の金属板を貼り合わ
せたバイメタルは、温度変化を与えるだけで屈曲現象を
起こし、この変位量もまた温度変化に対して比例（逆比
例）している。従って熱膨張係数の異なる板を適宜組合
せて接合して（バイメタルとして）シム板を構成するこ
とにより所定の変位量を得ることが可能となる。この様
に設計されたシム板面上に、−枚以上の圧電板を、バイ
メタルでないシム板を用いた際の変位素子の熱による変
位の向と逆向きになるように接合して構成することによ
って、温度一定の時はバイメタルはシム板としてのみ作
用し、温度が変化するにしたがってバイメタルは屈曲作
用により変位位置の変化を補正する効果をもたらす。こ
の様に、シム板にバイメタルを用いた圧電型屈曲変位素
子は、一定電圧を印加した際に温度変化が例えあったと
しても、安定した変位位置を保つことが可能となる。

次に図面により本発明を更に詳述する。

本発明の構成は次のようなものが考えられる。

第１図は本発明の一実施態様の圧電バイモルフの構成を
示す図である。図中１　２は圧電性を有する圧電板であ
る。これらは、分極方向と同方向に電圧が印加されたと
き分画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。第１図中の矢
印Ａ、Ｂはそれぞれ圧電板１，２の分極軸方向を示す。

図中３．４は熱膨張係数が異なる金属板であり、この２
枚の金属板は接着層５によって接合されており、共に直
流型［１２の一方の電極端子に接続されている。

また、圧電板１．２の各内側には導電薄層９．１０が接
着層５．７によって金属板３．４に夫々接合されており
、その各外側には導電薄層８．１１が直流電源１２の他
方の電極端子と接続されている。

本発明では、−枚の圧電板をシム板の面に接合して構成
することもできる。

又、本発明でシム板を構成するバイメタルは、予め熱に
よる変位量を検量し、それを用いる変位素子が必要とす
る変位量を持つものを適宜選択して用いる。

本発明の各接着層は通常の接着剤を用いて接合されてお
り、ここで用いる接着剤はエポキシ系、シリコン系、ウ
レタン系、アクリレート系の接着剤を用いることができ
る。また、本発明で用いるシム板は、弾性を持つ燐青銅
、黄銅等のばね性合金が好ましく、圧電板は圧電セラミ
ックス材、圧電高分子材等で構成されている。

［発明の効果］以上の説明から明らかなように本発明は、電圧に無関係
な、変位位置の温度変化に伴う変化を解消し、安定性に
優れた屈曲型変位素子である。

次に実施例と比較例とで本発明を更に詳述する。

実施例第１図に示した圧電バイモルフを試料とした。

シム板は、一方が、ニッケル（８，０〜１０．０ｖ％）
、錫（５，５〜６．７ｖ％）、マンガン（≦０．６ｖ％
）、鉄（≦０．６ｖ％）、銅（残部）の合金で熱膨脹係
数が１７．ＯＸ　１Ｏ−６（０〜３００℃）、他方が、
錫（８，１ｗ％）、燐（０，１８ｖ％）、銅（残部）の
合金で熱膨脹係数が１８．２Ｘ　１０−’（０〜３００
　℃）で、共に４５ｓｎＸ　１８ｓｎＸ　Ｏ，ｌａ＋ａ
＋の長さ、幅、厚さの板を用いた。圧電板はＰＺＴ系の
セラミックスで、４０５ｍ　Ｘ　１ｅｓｓ　Ｘ　Ｏ，２
ｍｓの長さ、幅、厚さの板を二枚用いた。このシム板と
圧電板とを図に示すように、エポキシ系接若剤で夫々固
定し、圧電板が３０＋ｉｍの長さを残すように一方の端
を固定し、直流電圧３０Ｖを印加したままで温度を変化
させた時の他端の変位位置の変化を、渦電流方式の非接
触変位計を用いて測定した。変位位置は、室温でまず非
接触変位計から２００μ■離れた位置にセットし、変位
計に近づく方向に電圧を印加させ、約１００μｍ近づい
た後に温度を変化させ、変位計からの距離の変化を測定
した。温度変化サイクルは、−２０℃から６０℃まで２
０℃きざみで夫々３０分保持し、昇温または降温速度は
４０℃／ｈｏｕｒで１サイクルずつ行なった。測定の結
果、温度変化に対して、変位位置の変化はほとんど観測
されず、安定していた。第２図に、本発明の圧電バイモ
ルフの直流電圧印加後の変位位置と温度の関係を示す（
図中・印）。

比較例従来の圧電バイモルフを用い、実施例と同様にして試験
した、直流電圧印加後の変位位置と温度の関係を第２図
に示す（図中０印）。ただしシム板は、錫（８，１ｖ％
）、燐（０，１８ｗ％）、銅（残部）の合金で熱膨脹係
数が１８．２Ｘ　１Ｏ−６（０〜３００℃）、４５ｍ膳
Ｘ　１６ｍｗＸ　Ｏ，１ｓｍの長さ、幅、厚さの板を、
−枚だけ用い、他は実施例と同様の構成としたものを試
料とした。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施態様の圧電バイモルフの構成
を、第２図は同バイモルフと従来のバイモルフの直流電
圧駆動による温度−変位位置特性図を示す。第１図中１
．２は圧電板、３．４弾性シム板、５〜７は接若層、８
〜■１は導電薄層、１２は直流電源、Ａ、Ｂは圧電板１
２の各々の分極方向を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

圧電体を用いた屈曲型変位素子において、夫々熱膨張率
の異なる複数の金属板を接合して構成したシム板面に導
電層を介して圧電板を接合して成ることを特徴とする屈
曲型変位素子。