JPH0739252Y2 - 圧電アクチュエータ - Google Patents
圧電アクチュエータInfo
- Publication number
- JPH0739252Y2 JPH0739252Y2 JP1986190045U JP19004586U JPH0739252Y2 JP H0739252 Y2 JPH0739252 Y2 JP H0739252Y2 JP 1986190045 U JP1986190045 U JP 1986190045U JP 19004586 U JP19004586 U JP 19004586U JP H0739252 Y2 JPH0739252 Y2 JP H0739252Y2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piezoelectric
- bimorph
- displacement
- force
- voltage
- 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 - Lifetime
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- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Description
【考案の詳細な説明】 本考案は、圧電材料の逆圧電効果で発生する歪みをアク
チュエータに応用する圧電アクチュエータに関する。
チュエータに応用する圧電アクチュエータに関する。
従来、圧電アクチュエータとしては、分極軸と同じ方向
の歪みを取る縦効果型と、分極軸と垂直の方向の歪みを
利用する横効果型に分類できるが、いずれもその歪み量
が少ないため、特殊の用途を除くと応用が難しく、何等
かの変位量の増大方法が工夫されて用いられている。
の歪みを取る縦効果型と、分極軸と垂直の方向の歪みを
利用する横効果型に分類できるが、いずれもその歪み量
が少ないため、特殊の用途を除くと応用が難しく、何等
かの変位量の増大方法が工夫されて用いられている。
前者の代表的なものとして、圧縮バイモルフがあげられ
る。これは、矩形の２枚の圧電板を貼り合わせ一端を固
定した構造が基本であり、一方の圧電板に伸び他方の圧
電板に縮みの歪みが横効果によって発生するように電圧
を印加することにより、その自由端が大きく屈曲するよ
うに変位するものである。この時の先端の変位量は圧電
板単体の横効果による長さ方向の伸びの数十倍となり、
圧電バイモルフ構造そのものに拡大機構を備えている。
る。これは、矩形の２枚の圧電板を貼り合わせ一端を固
定した構造が基本であり、一方の圧電板に伸び他方の圧
電板に縮みの歪みが横効果によって発生するように電圧
を印加することにより、その自由端が大きく屈曲するよ
うに変位するものである。この時の先端の変位量は圧電
板単体の横効果による長さ方向の伸びの数十倍となり、
圧電バイモルフ構造そのものに拡大機構を備えている。
他方、縦効果を用いるものとしては、積層型圧電変位素
子が代表的なものである。これは両面に電極を施した圧
電体板を複数個厚みの方向に重ね合わせて一体としたも
のであり、電圧の印加は個々の圧電体に、同じ電圧が印
加されるように並列の接続を行なう一方、歪みは厚み方
向で全てが合成されるため、単体の圧電体板の縦効果に
よって得られる厚みの方向の歪み量に比して積層枚数倍
だけの歪が得られるものである。
子が代表的なものである。これは両面に電極を施した圧
電体板を複数個厚みの方向に重ね合わせて一体としたも
のであり、電圧の印加は個々の圧電体に、同じ電圧が印
加されるように並列の接続を行なう一方、歪みは厚み方
向で全てが合成されるため、単体の圧電体板の縦効果に
よって得られる厚みの方向の歪み量に比して積層枚数倍
だけの歪が得られるものである。
圧電バイモルフは、低電圧で大きな変位が得られる圧電
アクチュエータであるが、欠点として発生力が小さいこ
とが挙げられ、これにより用途が限定されている。例え
ば圧電材料として現在知られている圧電ｄ定数が最大
で、d31＝約350×10-12m/Vの値を有するPZT系圧電セラ
ミックスを用い、個々の板の厚みが0.15mm、有効長が40
mmの圧電バイモルフ素子を構成し、正方向及び逆方向に
加える電圧を50Vとした場合、先端の変位量は約2mm近く
得られるが、このときの発生力は、バイモルフ素子の幅
を10mmとすると10g程度でしかない。一方、積層型アク
チュエータは発生力の大きいことを特徴としているが、
同材質で単位の圧電板の厚みを0.1mmとして50V印加する
場合2mmの変位量を得るための積層枚数は圧電ｄ定数（d
33）を600×10-12m/Vと仮定すると、66667枚（約6.7mの
長さ）となり、寸法上用途は極めて限定される。
アクチュエータであるが、欠点として発生力が小さいこ
とが挙げられ、これにより用途が限定されている。例え
ば圧電材料として現在知られている圧電ｄ定数が最大
で、d31＝約350×10-12m/Vの値を有するPZT系圧電セラ
ミックスを用い、個々の板の厚みが0.15mm、有効長が40
mmの圧電バイモルフ素子を構成し、正方向及び逆方向に
加える電圧を50Vとした場合、先端の変位量は約2mm近く
得られるが、このときの発生力は、バイモルフ素子の幅
を10mmとすると10g程度でしかない。一方、積層型アク
チュエータは発生力の大きいことを特徴としているが、
同材質で単位の圧電板の厚みを0.1mmとして50V印加する
場合2mmの変位量を得るための積層枚数は圧電ｄ定数（d
33）を600×10-12m/Vと仮定すると、66667枚（約6.7mの
長さ）となり、寸法上用途は極めて限定される。
ところで、数mmの変位量と数十ｇ以上の発生力を得るた
めには、バイモルフ素子の場合には幅を広くとって発生
力を増大させることが１つの方法であるが、寸法の制約
がある場合には有効な方法でない。また積層型変位素子
の場合は一般には機械的な変位拡大機構を用いることに
より、変位量の少ない分をカバーしているが、拡大機構
そのものの体積が圧電変位素子の数倍から数十倍となる
こと、変位拡大機構に高い精度が要求されることに起因
して高価になる等の欠点がある。また、バイモルフ素子
を構成する圧電板を積層構造として、一定電圧下での変
位量もしくは発生力の増大を目的とした積層型バイモル
フ素子の考案がある。まず個々の圧電板を従来の場合よ
りはるかに薄くして、積層して構成した積層バイモルフ
の全体の厚みが、従来と同一の厚みの場合、同一の変位
を得るに必要な電圧は、数分の一に下る可能性がある。
このときに発生できる力は従来と同じレベルである。
めには、バイモルフ素子の場合には幅を広くとって発生
力を増大させることが１つの方法であるが、寸法の制約
がある場合には有効な方法でない。また積層型変位素子
の場合は一般には機械的な変位拡大機構を用いることに
より、変位量の少ない分をカバーしているが、拡大機構
そのものの体積が圧電変位素子の数倍から数十倍となる
こと、変位拡大機構に高い精度が要求されることに起因
して高価になる等の欠点がある。また、バイモルフ素子
を構成する圧電板を積層構造として、一定電圧下での変
位量もしくは発生力の増大を目的とした積層型バイモル
フ素子の考案がある。まず個々の圧電板を従来の場合よ
りはるかに薄くして、積層して構成した積層バイモルフ
の全体の厚みが、従来と同一の厚みの場合、同一の変位
を得るに必要な電圧は、数分の一に下る可能性がある。
このときに発生できる力は従来と同じレベルである。
しかし、一方の駆動電圧を上げると逆電圧に一方の圧電
体板の分極が劣化するため駆動電圧に制限があり、発生
できる変位・力には限度がある。また、構成する圧電板
の厚みを同じにて複数枚の積層より成る積層バイモルフ
は、全体の厚みは従来のものより厚くなり、同一の電圧
で発生する力は数倍になるが、このときの変位量は従来
の数分の一になることが理論的に示される。
体板の分極が劣化するため駆動電圧に制限があり、発生
できる変位・力には限度がある。また、構成する圧電板
の厚みを同じにて複数枚の積層より成る積層バイモルフ
は、全体の厚みは従来のものより厚くなり、同一の電圧
で発生する力は数倍になるが、このときの変位量は従来
の数分の一になることが理論的に示される。
本考案はかかる点に鑑み、複数のバイモルフ素子を摩擦
係数が少なく、柔軟性のある矩形の薄片を介して重ね合
わせて一端を固定した構造にすることにより、変位量は
従来と同じベルにありながら発生できる力は重ね合わせ
た個々のバイモルフ素子の発生力の合力になるため、簡
便な構造でかつ数mmの変位量と数十ｇ以上の発生力が得
られる圧電アクチュエータを提案することを主たる目的
とする。
係数が少なく、柔軟性のある矩形の薄片を介して重ね合
わせて一端を固定した構造にすることにより、変位量は
従来と同じベルにありながら発生できる力は重ね合わせ
た個々のバイモルフ素子の発生力の合力になるため、簡
便な構造でかつ数mmの変位量と数十ｇ以上の発生力が得
られる圧電アクチュエータを提案することを主たる目的
とする。
本考案は、両面に電極を施した矩形の圧電板を２枚中間
金属層を介して貼り合わせてなる圧電バイモルフ素子を
基本とし、これを複数個摩擦係数が小さく柔軟性のある
矩形の薄片を介して重ね合わせて一端を固定し、全ての
バイモルフ素子が同一の方向に変位させるように構成
し、大きな変位量と大きな発生力が得られることを特徴
とするものである。
金属層を介して貼り合わせてなる圧電バイモルフ素子を
基本とし、これを複数個摩擦係数が小さく柔軟性のある
矩形の薄片を介して重ね合わせて一端を固定し、全ての
バイモルフ素子が同一の方向に変位させるように構成
し、大きな変位量と大きな発生力が得られることを特徴
とするものである。
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。
に説明する。
第１図は本考案の一例を示す図である。構成する個々の
バイモルフ素子10,20,30,40の間には、摩擦係数の小さ
な柔軟性のある例えばフッ素樹脂よりなるテープのよう
な薄片４で仕切られている。尚、1,3は両面に電極を施
した圧電体板、２は中間電極層を示す。重ね合わせられ
た全てのバイモルフ素子10,20,30,40の一端は、バイモ
ルフ素子の駆動用の３端子は全て並列に接続され、最終
的に３つの端子6,7,8にまとめられいる。
バイモルフ素子10,20,30,40の間には、摩擦係数の小さ
な柔軟性のある例えばフッ素樹脂よりなるテープのよう
な薄片４で仕切られている。尚、1,3は両面に電極を施
した圧電体板、２は中間電極層を示す。重ね合わせられ
た全てのバイモルフ素子10,20,30,40の一端は、バイモ
ルフ素子の駆動用の３端子は全て並列に接続され、最終
的に３つの端子6,7,8にまとめられいる。
そして第２図に示す如く、端子6,7間及び7,8間に直流電
圧夫々をE1,E2印加した場合は、まず6,7間の正電圧で図
中各バイモルフ素子の上部圧電体板は縮みの歪みを発生
し、7,8間の逆電圧で各バイモルフ素子の下部電圧板は
伸びの歪みを発生し、結局、自由端は上方向に屈曲しよ
うとする。このとき各バイモルフ素子10,20,30,40間に
ある薄片４がその固体摩擦係数が0.04と極めて小さいた
めバイモルフ素子間の表面の摩擦を著しく軽減すること
になり、各バイモルフ素子が上下のバイモルフ素子に屈
曲の制約を与えなくなり、第２図に示すように、各バイ
モルフ素子10,20,30,40の先端が独立して屈曲されるた
め段差を生ずることになる。従って、容易に各バイモル
フ素子10,20,30,40は上方向に屈曲でき、自由端での変
位量は単位のバイモルフ素子の80％以上の変位を発生す
ることとなる。
圧夫々をE1,E2印加した場合は、まず6,7間の正電圧で図
中各バイモルフ素子の上部圧電体板は縮みの歪みを発生
し、7,8間の逆電圧で各バイモルフ素子の下部電圧板は
伸びの歪みを発生し、結局、自由端は上方向に屈曲しよ
うとする。このとき各バイモルフ素子10,20,30,40間に
ある薄片４がその固体摩擦係数が0.04と極めて小さいた
めバイモルフ素子間の表面の摩擦を著しく軽減すること
になり、各バイモルフ素子が上下のバイモルフ素子に屈
曲の制約を与えなくなり、第２図に示すように、各バイ
モルフ素子10,20,30,40の先端が独立して屈曲されるた
め段差を生ずることになる。従って、容易に各バイモル
フ素子10,20,30,40は上方向に屈曲でき、自由端での変
位量は単位のバイモルフ素子の80％以上の変位を発生す
ることとなる。
この変位に際して発生する力は、全てのバイモルフ素子
の合成力となり、従来の単体のバイモルフ構造に比して
重ね合わせ枚数倍の力が得られるため、従来実現が困難
であった数mmの変位で数十ｇ以上の発生が得られる圧電
アクチュエータが得られるようになる。
の合成力となり、従来の単体のバイモルフ構造に比して
重ね合わせ枚数倍の力が得られるため、従来実現が困難
であった数mmの変位で数十ｇ以上の発生が得られる圧電
アクチュエータが得られるようになる。
第１表は試作した圧電アクチュエータの基本特性を示
す。変位の増大につれて力の減少する垂下特性は同じで
あるが、重ね合わせの場合はほぼ重ね合わせ数に相当す
る倍数で初期発生力が増大している。他方、変位量は単
体の場合の80％以上を有している。また第３図は、発生
力−変位の特性図を単体のバイモルフ素子に比較して示
す。４枚重ね合わせたものと単体とを比較したものであ
る。
す。変位の増大につれて力の減少する垂下特性は同じで
あるが、重ね合わせの場合はほぼ重ね合わせ数に相当す
る倍数で初期発生力が増大している。他方、変位量は単
体の場合の80％以上を有している。また第３図は、発生
力−変位の特性図を単体のバイモルフ素子に比較して示
す。４枚重ね合わせたものと単体とを比較したものであ
る。
本考案の構成作用が適用及び応用できる技術分野は、例
えば圧電型リレー、ロボット、光学的微動装置、自動販
売機械の硬貨処理等への分野に活用できる。
えば圧電型リレー、ロボット、光学的微動装置、自動販
売機械の硬貨処理等への分野に活用できる。
以上述べたごとく本考案によれば、両面に電極を施した
矩形の圧電板を２枚中間金属層を介して貼り合わせてな
る圧電バイモルフ素子を基本とし、これを複数個フッ素
樹脂のような摩擦係数が小さく柔軟性のある矩形の薄片
を介して重ね合わせて一端を固定し、全てのバイモルフ
素子が同一の方向に変位させるように構成したので、 上記矩形の薄片の存在で各バイモルフ素子間の摩擦抵抗
が極めて小さくなり、各バイモルフ素子が上下のバイモ
ルフ素子に屈曲の制約を与えなくなり、駆動時の発生力
が増大する。従って、構造で製作が容易で、かつ体積が
小さいながら大きな変位と発生力が得られる利点を持っ
た圧電アクチュエータの提供が可能になる効果を有す
る。
矩形の圧電板を２枚中間金属層を介して貼り合わせてな
る圧電バイモルフ素子を基本とし、これを複数個フッ素
樹脂のような摩擦係数が小さく柔軟性のある矩形の薄片
を介して重ね合わせて一端を固定し、全てのバイモルフ
素子が同一の方向に変位させるように構成したので、 上記矩形の薄片の存在で各バイモルフ素子間の摩擦抵抗
が極めて小さくなり、各バイモルフ素子が上下のバイモ
ルフ素子に屈曲の制約を与えなくなり、駆動時の発生力
が増大する。従って、構造で製作が容易で、かつ体積が
小さいながら大きな変位と発生力が得られる利点を持っ
た圧電アクチュエータの提供が可能になる効果を有す
る。
第１図は本考案の一実施例を示す図、第２図は本考案の
動作の説明に供する図、第３図は発生力−変位の特性図
である。 1,3……両面に電極を施した圧電体板、２……中間電極
層、４……薄片、6,7,8……端子、10,20,30,40……圧電
バイモルフ素子。
動作の説明に供する図、第３図は発生力−変位の特性図
である。 1,3……両面に電極を施した圧電体板、２……中間電極
層、４……薄片、6,7,8……端子、10,20,30,40……圧電
バイモルフ素子。
Claims (1)
- 【請求項１】両面に電極を施した矩形の圧電板を２枚中
間金属層を介して貼り合わせてなる圧電バイモルフ素子
を基本とし、これを複数個フッ素樹脂のような摩擦係数
が小さく柔軟性のある矩形の薄片を介して重ね合わせて
一端を固定し、全てのバイモルフ素子が同一の方向に変
位させるように構成したことを特徴とする圧電アクチュ
エータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1986190045U JPH0739252Y2 (ja) | 1986-12-10 | 1986-12-10 | 圧電アクチュエータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1986190045U JPH0739252Y2 (ja) | 1986-12-10 | 1986-12-10 | 圧電アクチュエータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6395264U JPS6395264U (ja) | 1988-06-20 |
| JPH0739252Y2 true JPH0739252Y2 (ja) | 1995-09-06 |
Family
ID=31142898
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1986190045U Expired - Lifetime JPH0739252Y2 (ja) | 1986-12-10 | 1986-12-10 | 圧電アクチュエータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0739252Y2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007221532A (ja) * | 2006-02-17 | 2007-08-30 | Nec Tokin Corp | 音響振動発生素子 |
| US11482659B2 (en) * | 2018-09-26 | 2022-10-25 | Apple Inc. | Composite piezoelectric actuator |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5331357A (en) * | 1976-09-04 | 1978-03-24 | Hiroo Yokouchi | Treating method for hardening sludge |
| FR2453423A1 (fr) * | 1979-04-04 | 1980-10-31 | Quantel Sa | Element optique epais a courbure variable |
| JPS55139629A (en) * | 1979-04-16 | 1980-10-31 | Sony Corp | Supporting structure of magnetic head |
-
1986
- 1986-12-10 JP JP1986190045U patent/JPH0739252Y2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6395264U (ja) | 1988-06-20 |
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