JPH07120824B2

JPH07120824B2 - 圧電変位素子

Info

Publication number: JPH07120824B2
Application number: JP61299337A
Authority: JP
Inventors: 秀信梅田; 純夫堀池; 善之森田; 英明赤田
Original assignee: Omron Corp
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1986-12-15
Filing date: 1986-12-15
Publication date: 1995-12-20
Anticipated expiration: 2010-12-20
Also published as: JPS63150978A

Description

【発明の詳細な説明】（イ）産業上の利用分野この発明は、印加電圧を機械的な変位量に変換するよう
な圧電変位素子に関する。

（ロ）従来の技術従来、上述例の圧電変位素子としては、例えば、第７図
に示す如き構造のバイモルフ（bimor−ph）型圧電変位
素子70がある。

すなわち、厚さ方向（ｔ方向）に分極された上下２枚の
圧電素子71,72を内部電極73に接合すると共に、上述の
各圧電素子71,72の厚さ方向両端に外部電極74,75を貼り
付けた圧電変位素子70である。

そして、この圧電変位素子70に同図に示す如く、直流電
源76を接続して、上述の各電極74,73間、75,73間に電圧
Ｖを印加すると、下側の圧電素子71はその長手方向（ｌ
方向）にd31V（d31は分極に垂直方向の伸縮に対する圧
電定数）だけ縮み、逆に上側の圧電素子72はその長手方
向にd31Vだけ伸長する。

この結果、上述のバイモルフ型圧電変位素子70は、第８
図に模式的に示す如く、その一端が下方に曲り、この時
の変位量δは次式で表すことができる。

ここに、Ｋは比例定数 d31は圧電定数ｌは圧電素子の長さｔは圧電素子の厚さＶは印加電圧上述の圧電定数d31は圧電材料に固有の値であるから、
同一材料を用いて前述の変位量δを大きくするには、印
加電圧Ｖを大きくする手段、圧電素子の長さｌを長くす
る手段、圧電素子の厚さｔを小さくする手段がある。

しかし、上述の印加電圧Ｖを大きくする手段では、圧電
素子71,72の劣化、破壊の要因となり、また圧電素子の
長さｌを大きくする手段では圧電変位素子の形状が大と
なって、応答性が悪くなり、さらに圧電素子71,72の厚
さｔを小さくする手段では、強度が低下するばかりでな
く、作業性が悪くなるので、いずれにしても、同一材料
を用いて前述の変位量δを大きくすることは困難であっ
た。

（ハ）発明が解決しようとする課題この発明は、分極方向に平行な方向の伸縮を利用す特異
な手段により、同一材料でありながら、上述の変位量を
大きくすることができる圧電変位素子の提供を目的とす
る。

（ニ）課題を解決するための手段この発明は、長さ方向に分極した上下２つの圧電素子を
絶縁性バネ材を介して互いに分極方向を逆にして接合
し、これら圧電素子の分極両端に、該圧電素子を分極と
平行な方向に伸縮変位させるべく電極を配設した圧電変
位素子であることを特徴とする。

（ホ）発明の作用この発明によれば、上述の電極に所定極性の直流電圧を
印加すると、一方の圧電素子はその長手方向に伸び、他
方の圧電素子はその長手方向に縮む。ここで上述の伸縮
率は分極に水平方向の伸縮に対する圧電定数に比例し、
この圧電定数d33は従来の分極に垂直方向の伸縮に対す
る圧電定数d31の約２倍となる。

（ヘ）発明の効果この結果、分極方向に平行な方向の伸縮を利用すること
により、同一材料でありながら、約２倍の変位量を得る
ことができる効果がある。

加えて電極間距離が大となるため、圧電素子の耐電圧性
が向上し、また積層化が可能となるため、さらに大きな
変位を発生するバイモルフ型圧電変位素子を構成するこ
とが可能となる効果がある。

（ト）発明の実施例この発明の一実施例を以下図面に基づいて詳述する。

図面はバイモルフ型圧電変位素子を示し、第１図におい
て、このバイモルフ型圧電変位素子１は、長さ方向（ｌ
方向）に分極した上下２つの圧電素子2,3を、絶縁性バ
ネ材４を介して互いに分極方向を逆にして接合し、これ
ら圧電素子2,3の分極両端に、同素子2,3を分極と平行な
方向に伸縮変位させるべく電極5,6を配設したものであ
る。

すなわち、第２図に示す如く、セラミックスバネや絶縁
コーティングを施したバネ等の絶縁性バネ材４の上下に
圧電素子2,3を貼り付け、これら各圧電素子2,3の長さ方
向両端にそれぞれ分極用電線7,8,9,10を接続して、第２
図に示すような正負所定極性の直流電圧をこれら各分極
用電線７〜10を介して上述の圧電素子2,3に印加して、
同素子2,3を長さ方向に分極処理する。

次に第３図に示す如く、導電性接着剤11,12などを用い
て、上述の各圧電素子2,3の長手方向両端に電極5,6を接
合することにより、第１図に示す如くバイモルフ型圧電
変位素子１を構成したものである。

ここで、第１図に示す圧電素子の具体的長さｌは例えば
40mm、圧電素子の厚さｔは例えば0.5mmに設定してい
る。

図示実施例は上記の如く構成するものにして、以下作用
を説明する。

第１図に示すバイモルフ型圧電変位素子１に直流電源13
を接続し、電極5,6間に図示極性の電圧Ｖを印加する
と、上側の圧電素子２はその長手方向にd33Vだけ伸び
る。

一方、下側の圧電素子３はその長手方向にd33Vだけ縮
む。

ここで、上述のd33は分極の水平方向の伸縮に対する電
圧定数であり、Ｖは印加電圧値である。

このため、上述のバイモルフ型圧電変位素子１は、第４
図に模式的に示す如く、その一端が下方に曲り、この時
の変位量δは次式で表わすことができる。

ここに、Ｋは比例定数 d33は圧電定数ｌは圧電素子の長さｔは圧電素子の厚さＶは印加電圧ここで、上述の圧電定数d33は既述した圧電定数d31の約
２倍であるから、この実施例の圧電変位素子１は、従来
と同一材料、同形状、同一印加電圧値であっても、約２
倍の変位量を得ることができる効果がある。

加えて、第１図と第７図との対比からも明らかなよう
に、電極間距離が大となるため、圧電素子2,3の耐電圧
性の向上を図ることができる効果がある。

第５図、第６図はバイモルフ型圧電変位素子を積層化し
た実施例を示し、第５図はその斜視図、第６図は平面図
であって、絶縁性バネ材４の上下に分極方向が互い違い
となるように、上述の各圧電素子2,3を貼着配列させる
と共に、所定箇所に絶縁物14…を介設した共通電極15,1
6を積層化バイモルフ型圧電変位素子20の両サイドに配
設して、これら各共通電極15,16を介して前述の電極5,6
に直流電源13を印加すべく構成したものである。

この積層化バイモルフ型圧電変位素子20の変位量δは次
式で表すことができる。

ここに、ｎは積層箇数Ｋは比例定数 d33は圧電定数ｌは圧電素子の全体の長さｔは圧電素子の厚さＶは印加電圧上式からも明らかなように、ｎ箇の圧電素子２…、３…
を積層した上述の圧電変位素子20は、第１図の圧電変位
素子１と比較してｎ倍の変位量を、また従来の圧電変位
素子70と比較して約2n倍の変位量を得ることができる効
果がある。

なお、上記各実施例においてはバイモルフ型圧電変位素
子を例示したが、ユニモルフ（unim−orph）型圧電変位
素子に適用してもよいことは勿論である。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の一実施例を示し、第１図はバイモルフ型圧電変位素子の斜視図、第２図は分極処理を示す説明図、第３図は電極接合を示す説明図、第４図は圧電変位素子の変位を示す模式図、第５図は積層化バイモルフ型圧電変位素子の斜視図、第６図は第５図の平面図、第７図は従来のバイモルフ型圧電変位素子の斜視図、第８図は圧電変位素子の変位を示す模式図である。 2,3……圧電素子、5,6……電極４……絶縁性バネ材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者赤田英明京都府京都市右京区花園土堂町10番地立石電機株式会社内 (56)参考文献特公昭54−11678（ＪＰ，Ｂ２)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】長さ方向に分極した上下２つの圧電素子を
絶縁性バネ材を介して互いに分極方向を逆にして接合
し、これら圧電素子の分極両端に、該圧電素子を分極と平行
な方向に伸縮変位させるべく電極を配設した圧電変位素子。