JPH04340281A - 圧電バイモルフ変位素子 - Google Patents

圧電バイモルフ変位素子

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JPH04340281A
JPH04340281A JP3140864A JP14086491A JPH04340281A JP H04340281 A JPH04340281 A JP H04340281A JP 3140864 A JP3140864 A JP 3140864A JP 14086491 A JP14086491 A JP 14086491A JP H04340281 A JPH04340281 A JP H04340281A
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JP
Japan
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voltage
piezoelectric
displacement element
plate
piezoelectric plate
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP3140864A
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English (en)
Inventor
Hiroyuki Iizuka
博之 飯塚
Kenzo Nakamura
賢蔵 中村
Hideo Ito
伊藤 英夫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Materials Corp
Original Assignee
Mitsubishi Materials Corp
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Publication date
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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
  • Adjustment Of The Magnetic Head Position Track Following On Tapes (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。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、パラレル型の圧電バイ
モルフ変位素子に関する。更に詳しくは圧電セラミック
板を用いた圧電バイモルフ変位素子に関するものである
【0002】
【従来の技術】図3に示すように、この種の圧電バイモ
ルフ変位素子9は両面に電極11a及び11bを有し厚
さ方向に分極処理された圧電板11と、両面に電極12
a及び12bを有し厚さ方向に分極処理された圧電板1
2とをそれぞれの分極方向が同一方向になるように導電
板13の両面に貼り合せて形成され、貼り合せた2枚の
圧電板11,12の一対の外面電極11a,12bと導
電板13との間に電圧を印加するように構成される。図
の圧電板内部の破線矢印は分極方向、実線矢印は電圧印
加方向をそれぞれ示す。外面電極11a,12bと導電
板13との間に直流電圧を印加すると、一方の圧電板1
2には分極方向と逆方向の電圧がかかって圧電板12は
長さ方向に伸び、また他方の圧電板11には分極方向と
同一方向の電圧がかかって圧電板11は長さ方向に縮み
、圧電バイモルフ変位素子9はこれらの伸縮作用に起因
して実線で示す状態から破線で示す状態に機械的変位δ
を生じる。
【0003】上記圧電板12のように分極方向と逆方向
の電圧がかかる圧電セラミック板では、自発分極が向き
直る、いわゆる抗電圧(coercive volta
ge)を超えた電圧が印加されると、又は抗電圧以下で
あっても抗電圧に近い電圧が長時間印加されると、脱分
極状態になったり、逆方向に分極された分極反転現象が
生じて、圧電板12が長さ方向に伸びなくなるか、逆に
縮むようになり、この結果、圧電バイモルフ変位素子と
しては変位量が小さくなるか、ほとんど変位しなくなる
恐れがあった。従来、この点を解決するために、分極方
向と逆方向の電圧が印加される圧電板の板厚を分極方向
と同一方向の電圧が印加される圧電板の板厚より大きく
したり、或いは分極方向と逆方向の電圧が印加される圧
電板の抗電圧を分極方向と同一方向の電圧が印加される
圧電板の抗電圧より大きくなるように、圧電セラミック
板の材料組成を変えている(例えば特開昭59−637
82)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、2枚の圧電板
の厚みや材料組成を変えた圧電バイモルフ変位素子は、
2種類の圧電板を製造しなければならず、製造条件が複
雑化し、製造コストを押上げる問題点があった。また2
枚の圧電板の板厚を変えた圧電バイモルフ変位素子は板
厚を変えないものと比べて同じ電圧を印加した場合に変
位量が小さくなる不具合もあった。本発明の目的は、分
極方向と逆方向の電圧がかかる一方の圧電板に抗電圧を
超えた電圧、又は抗電圧に近い電圧を印加しても、この
圧電板の分極反転現象を防止して機械的変位に劣化のな
い、信頼性の高い圧電バイモルフ変位素子を提供するこ
とにある。本発明の別の目的は、2枚の圧電板を同一の
条件で製造できるため、低コストで製造し得る圧電バイ
モルフ変位素子を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、図1に示すように本発明は、両面に電極11a及び
11bを有し厚さ方向に分極処理された圧電板11と、
両面に電極12a及び12bを有し厚さ方向に分極処理
された圧電板12とをそれぞれの分極方向が同一方向に
なるように導電板13の両面に貼り合せて形成され、こ
れらの貼り合せた2枚の圧電板11,12の一対の外面
電極11a,12bと導電板13との間に電圧が印加さ
れる圧電バイモルフ変位素子10の改良である。その特
徴ある構成は、貼り合せた2枚の圧電板11,12のう
ち分極方向と逆方向の電圧が印加される一方の圧電板1
2の外面電極12bと導電体13との間にこの圧電板1
2に並列にこの圧電板12の抗電圧より低い電圧で降伏
するツェナーダイオード14が接続されたことにある。 このツェナーダイオード14は圧電板12の抗電圧より
10〜50%低いツェナー電圧を有することが好ましい
。ツェナー電圧が抗電圧に近すぎるとツェナーダイオー
ドを設けた意味がなくなり、抗電圧に比べてあまりに低
いツェナー電圧では大きな変位量が得られなくなる。 また、ツェナーダイオード14を保護するために一方の
圧電板12とツェナーダイオード14からなる並列回路
に直列に抵抗15を接続することもできる。圧電板の材
料としては、ジルコン酸チタン酸鉛(PZT)や、Pb
ZrO3とPbTiO3の他に更に第3番目のペロブス
カイト構造化合物を加えたもの、その他圧電セラミック
材料が用いられる。
【0006】
【作用】分極方向と逆方向の電圧がかかる圧電板12に
抗電圧を超えた直流電圧が印加されると、この直流電圧
はツェナーダイオード14のツェナー電圧を上回るため
、ツェナーダイオード14に電流が流れ、かつ圧電板1
2には抗電圧より低いツェナー電圧に相応する一定の電
圧が印加される。
【0007】
【実施例】次に、本発明の実施例を図面に基づいて比較
例とともに詳しく説明する。 <実施例>図1に示すように、11及び12はそれぞれ
ジルコン酸チタン酸鉛(PZT)からなる長さ30mm
、幅10mm、厚さ0.2mmの圧電板である。これら
の圧電板11,12は次の方法により製造した。先ず所
定量のPbO、ZrO2、TiO2を均一に混合し仮焼
した後、微粉砕し、有機溶剤、バインダ等を加えてスラ
リーにし、ドクターブレード法によりこのスラリーをグ
リーンシートに成形し、これを焼成した。次いで焼結セ
ラミックシート11c,12cの両面にそれぞれ銀ペー
ストを塗布した後、焼成し、厚みが10〜20μmの焼
付け電極11a,11b及び焼付け電極12a,12b
をそれぞれ形成した。次に焼付け電極を形成したシート
11c,12cを約100℃のシリコーン油中に浸漬し
、そこで2.5kV/mmの直流電圧を30分間印加し
て分極処理することにより圧電板11,12を得た。 これらの圧電板11,12の抗電圧Vcはそれぞれ10
0Vであった。
【0008】2枚の圧電板11,12をそれぞれの分極
方向が同一になるようにしてSUS304からなる厚さ
0.1μmの導電板の両面に接着剤を用いて加圧接着し
て一体化される。貼り合せた2枚の圧電板11,12の
一対の外面電極11a,12bと導電板13とに直流電
源16が接続され、駆動回路が形成される。分極方向と
逆方向の電圧が印加される一方の圧電板12の外面電極
12bと導電体13との間にこの圧電板12に並列にツ
ェナーダイオード14が接続され、圧電板12とツェナ
ーダイオード14からなる並列回路には直列に80Ωの
抵抗15が接続されて圧電バイモルフ変位素子10が作
製される。この例ではツェナーダイオード14は圧電板
12の抗電圧Vcより低いツェナー電圧80Vを有する
【0009】<比較例>ツェナーダイオード14及び抵
抗15を接続しない以外は実施例と同様にして図3に示
すような圧電バイモルフ変位素子9を作製した。
【0010】<試験方法と結果>実施例及び比較例の圧
電バイモルフ変位素子の駆動電圧に対する変位量を電源
16の電圧を0Vから200Vまで変化させながら変位
計により測定した。その結果を図2に示す。図2から明
らかなように、駆動電圧が0Vから抗電圧Vcに相当す
る100Vまでは比較例の圧電バイモルフ変位素子9の
圧電板12は長さ方向に伸び、またこれらの圧電板11
は長さ方向に縮み、これらの伸縮作用に起因して実線で
示す状態から破線で示す状態に機械的変位δを生じる。 駆動電圧が抗電圧Vcに相当する100Vを超えると、
比較例の圧電バイモルフ変位素子9の変位量δは0.7
5mmから0.2mm未満に急激に低下し、更に電圧を
上げて抗電圧Vcの2倍の200Vに昇圧したところ変
位量δは0mmになった。これは分極方向と逆方向に電
圧が印加される圧電板12のセラミックシート12cに
100Vで脱分極状態が起き始め、更に電圧を上げるこ
とにより分極方向が反転したためと考えられる。この変
位素子9は圧電板12を再度分極処理する以外に変位素
子としての機能を回復することができない。これに対し
て実施例の圧電バイモルフ変位素子10はツェナー電圧
に相当する80Vで圧電板12の伸び量がほぼ一定にな
るため変位勾配が緩やかになるものの、圧電板11の縮
み量が電圧に相応して増大するため、変位素子として2
00Vまで電圧に比例して変位量δは安定して変化した
【0011】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば分極
方向と逆方向の電圧が印加される一方の圧電板に並列に
この圧電板の抗電圧より低い電圧で降伏するツェナーダ
イオード14を接続することにより、圧電板の抗電圧以
上の高い電圧で駆動しても脱分極状態や分極反転現象を
起こすことなく、機械的変位に劣化のない、信頼性の高
い圧電バイモルフ変位素子が得られる。特に、従来の圧
電バイモルフ変位素子と異なり、2枚の圧電板を同一の
条件で製造できるため、低コストで製造することができ
る利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の圧電バイモルフ変位素子の構成図。
【図2】実施例と比較例の駆動電圧に対する変位量の関
係を示す変位特性図。
【図3】従来例圧電バイモルフ変位素子の構成図。 10  圧電バイモルフ変位素子 11,12  圧電板 11a,11b,12a,12b  電極13  導電
板 14  ツェナーダイオード 15  抵抗 16  直流電源

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  両面に電極(11a及び11b,12
    a及び12b)を有し厚さ方向に分極処理された2枚の
    圧電板(11,12)をそれぞれの分極方向が同一方向
    になるように導電板(13)の両面に貼り合せて形成さ
    れ、前記貼り合せた2枚の圧電板(11,12)の一対
    の外面電極(11a,12b)と前記導電板(13)と
    の間に電圧が印加される圧電バイモルフ変位素子(10
    )において、前記貼り合せた2枚の圧電板(11,12
    )のうち分極方向と逆方向の電圧が印加される一方の圧
    電板(12)の外面電極(12b)と前記導電体(13
    )との間にこの圧電板(12)に並列にこの圧電板(1
    2)の抗電圧より低い電圧で降伏するツェナーダイオー
    ド(14)が接続されたことを特徴とする圧電バイモル
    フ変位素子。
  2. 【請求項2】  ツェナーダイオード(14)は一方の
    圧電板(12)の抗電圧より10〜50%低いツェナー
    電圧を有する請求項1記載の圧電バイモルフ変位素子。
  3. 【請求項3】  一方の圧電板(12)とツェナーダイ
    オード(14)からなる並列回路に直列に抵抗(15)
    が接続された請求項1記載の圧電バイモルフ変位素子。
JP3140864A 1991-05-16 1991-05-16 圧電バイモルフ変位素子 Withdrawn JPH04340281A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6777248B1 (en) * 1997-11-10 2004-08-17 Hitachi, Ltd. Dielectric element and manufacturing method therefor

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6777248B1 (en) * 1997-11-10 2004-08-17 Hitachi, Ltd. Dielectric element and manufacturing method therefor

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Effective date: 19980806