JPH039519A - 屈曲型変位素子 - Google Patents
屈曲型変位素子Info
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- JPH039519A JPH039519A JP14297889A JP14297889A JPH039519A JP H039519 A JPH039519 A JP H039519A JP 14297889 A JP14297889 A JP 14297889A JP 14297889 A JP14297889 A JP 14297889A JP H039519 A JPH039519 A JP H039519A
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- Weting (AREA)
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)。
、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。
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。
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。
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 (1)
- 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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14297889A JPH039519A (ja) | 1989-06-07 | 1989-06-07 | 屈曲型変位素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14297889A JPH039519A (ja) | 1989-06-07 | 1989-06-07 | 屈曲型変位素子 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH039519A true JPH039519A (ja) | 1991-01-17 |
Family
ID=15328083
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP14297889A Pending JPH039519A (ja) | 1989-06-07 | 1989-06-07 | 屈曲型変位素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH039519A (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06286166A (ja) * | 1992-11-12 | 1994-10-11 | Seikosha Co Ltd | ドットプリンタ用印字ヘッド |
WO1999063604A1 (en) * | 1998-05-29 | 1999-12-09 | Motorola Inc. | Resonant piezoelectric alerting device |
US6078126A (en) * | 1998-05-29 | 2000-06-20 | Motorola, Inc. | Resonant piezoelectric alerting device |
WO2001017039A1 (de) * | 1999-08-30 | 2001-03-08 | Siemens Aktiengesellschaft | Piezoelektrischer biegewandler |
JP2009248972A (ja) * | 2008-04-01 | 2009-10-29 | Horiaki Co Ltd | 紙箱 |
-
1989
- 1989-06-07 JP JP14297889A patent/JPH039519A/ja active Pending
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06286166A (ja) * | 1992-11-12 | 1994-10-11 | Seikosha Co Ltd | ドットプリンタ用印字ヘッド |
WO1999063604A1 (en) * | 1998-05-29 | 1999-12-09 | Motorola Inc. | Resonant piezoelectric alerting device |
US6078126A (en) * | 1998-05-29 | 2000-06-20 | Motorola, Inc. | Resonant piezoelectric alerting device |
WO2001017039A1 (de) * | 1999-08-30 | 2001-03-08 | Siemens Aktiengesellschaft | Piezoelektrischer biegewandler |
US6624550B2 (en) | 1999-08-30 | 2003-09-23 | Siemens Aktiengesellschaft | Piezoelectric bending transducer |
JP2009248972A (ja) * | 2008-04-01 | 2009-10-29 | Horiaki Co Ltd | 紙箱 |
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