JPH0964431A - Bimorph-type actuator - Google Patents

Bimorph-type actuator

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Publication number
JPH0964431A
JPH0964431A JP7218601A JP21860195A JPH0964431A JP H0964431 A JPH0964431 A JP H0964431A JP 7218601 A JP7218601 A JP 7218601A JP 21860195 A JP21860195 A JP 21860195A JP H0964431 A JPH0964431 A JP H0964431A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
bimorph
elements
bimorph element
displacement
type actuator
Prior art date
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Pending
Application number
JP7218601A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Mamoru Ishikiriyama
守 石切山
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.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP7218601A priority Critical patent/JPH0964431A/en
Publication of JPH0964431A publication Critical patent/JPH0964431A/en
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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a bimorph-type actuator by which a displacement amount can be increased under a load by a method wherein the actuator is composed of the laminated structure of a plurality of bimorph elements whose length is different and the respective bimorph elements are arranged in such a way that the tip of the short bimporph elements is situated near the bending point of the long bimorph elements. SOLUTION: The size of respective bimorph elements is changed, and the bimroph elements which are provided with at least two kinds of sizes are used. Then, the respective bimporph elements are arranged and bonded in such a way that the tip of the short bimorph elements is situated near the bending point of the long bimorph elements 1. When the length of the laminated bimorph elements is different and the tip of the short bimorph elements 2 is arranged near the bending point of the long bimorph elements 1, the restraint of a part in which the long bimorph elements are displaced is suppressed.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、バイモルフ型アク
チュエータに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a bimorph type actuator.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、圧電材料に電界を加えるとその
長さが変化する。この変位を拡大する手段としてバイモ
ルフ素子が広く利用されている。このバイモルフ素子と
は、図6に示すように、金属弾性板を中心電極3として
2枚の圧電素子4、5の薄板を接合したものであり、電
界を印加したとき一方の圧電素子4は伸び変位を起こ
し、もう一方の素子5は縮み変位を起こさせることによ
り、全体として屈曲変位を示すものである(例えば、刊
行物「圧電/電歪アクチュエータ」82〜84頁、森北出版
株式会社、1986年発行を参照されたい)。このバイモル
フ変位素子は、消費電力が少ない、高速応答性がよい、
小型・軽量である、発熱が少ない等の特徴を有してお
り、圧電ファン、VTRヘッド、圧力制御弁、プリンタ
ヘッド等に応用されている。
2. Description of the Related Art Generally, when an electric field is applied to a piezoelectric material, its length changes. Bimorph elements are widely used as means for magnifying this displacement. As shown in FIG. 6, this bimorph element is a thin plate of two piezoelectric elements 4 and 5 having a metal elastic plate as a center electrode 3, and one piezoelectric element 4 expands when an electric field is applied. By causing a displacement and causing the other element 5 to contract, a bending displacement is exhibited as a whole (for example, the publication "Piezoelectric / electrostrictive actuator", pp. 82-84, Morikita Publishing Co., 1986. Please refer to the annual publication). This bimorph displacement element has low power consumption, good high-speed response,
It is compact and lightweight, has little heat generation, and is applied to piezoelectric fans, VTR heads, pressure control valves, printer heads, etc.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】上記のバイモルフ型ア
クチュエータは、圧電素子の電界印加方向と垂直な方向
の伸縮を利用するものであるが、この他に圧電素子の電
界印加方向と平行な方向の伸縮を利用し、この圧電素子
を多数積層した積層型アクチュエータが知られている。
この積層型アクチュエータは発生力が大きいが1つの圧
電素子の変位量が小さいという問題がある。しかしなが
ら、積層型アクチュエータの変位量は圧電素子の積層数
に比例して大きくなるため、積層数を増すことによりこ
の変位量が小さいという問題は解決される。一方、バイ
モルフ型アクチュエータにおいては、変位量は大きいが
変位力が低いという問題がある。従って、大きな力が必
要とされる部品にはバイモルフ型アクチュエータを使用
することはできない。また、バイモルフ型アクチュエー
タに荷重を加えると変位量が大きく低下する。さらに、
このバイモルフ型アクチュエータを積層すると、縮み変
位を起こす圧電素子と伸び変位を起こすアクチュエータ
が接することになり、結果として変位量が小さくなって
しまう。
The bimorph type actuator described above utilizes expansion and contraction of the piezoelectric element in a direction perpendicular to the electric field application direction. A laminated actuator in which a large number of piezoelectric elements are laminated by utilizing expansion and contraction is known.
This laminated actuator has a large generation force, but has a problem that the displacement amount of one piezoelectric element is small. However, since the displacement amount of the laminated actuator increases in proportion to the number of laminated piezoelectric elements, the problem that the amount of displacement is small can be solved by increasing the number of laminated layers. On the other hand, the bimorph type actuator has a problem that the displacement amount is large but the displacement force is low. Therefore, the bimorph type actuator cannot be used for a part requiring a large force. Further, when a load is applied to the bimorph type actuator, the displacement amount is greatly reduced. further,
When this bimorph type actuator is laminated, the piezoelectric element that causes the contraction displacement and the actuator that causes the extension displacement come into contact with each other, and as a result, the displacement amount becomes small.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明のバイモルフ型アクチュエータは、長さの
異なる複数のバイモルフ素子の積層構造からなり、短い
バイモルフ素子の先端が長いバイモルフ素子の屈曲点近
傍に位置するよう各バイモルフ素子が配置されている。
In order to solve the above problems, a bimorph type actuator of the present invention has a laminated structure of a plurality of bimorph elements having different lengths, and a short bimorph element has a long tip end. Each bimorph element is arranged so as to be located near the bending point.

【0005】バイモルフ型アクチュエータに荷重を加え
た場合に変位量が大きく低下するのは、加えられた荷重
がバイモルフ素子の長さ方向に渡り、モーメントによっ
て変位の方向と逆の方向に曲げ力が作用するためであ
る。本発明のバイモルフ型アクチュエータにおいては、
1つのバイモルフ素子に加えられた荷重による曲げ作用
をこのバイモルフ素子と積層した他のバイモルフ素子に
よって変位方向に押さえるため、変位と逆方向に作用す
る力を抑制し、変位量の低下を抑制する。
When a load is applied to the bimorph type actuator, the amount of displacement greatly decreases because the applied load extends in the length direction of the bimorph element and a bending force acts in the direction opposite to the displacement direction due to the moment. This is because In the bimorph type actuator of the present invention,
Since the bending action due to the load applied to one bimorph element is suppressed in the displacement direction by the other bimorph element laminated with this bimorph element, the force acting in the direction opposite to the displacement is suppressed and the decrease in the displacement amount is suppressed.

【0006】また、単に同じ大きさのバイモルフ素子を
積層したのみでは、上記のように接合した一方のバイモ
ルフ素子が他方のバイモルフ素子の変位を拘束するため
変位量が向上しないが、本発明のバイモルフ型アクチュ
エータでは短いバイモルフ素子が長いバイモルフ素子の
屈曲点近傍にその先端が配置されているため、長いバイ
モルフ素子の変位する部位を拘束することなく、かつ短
いバイモルフ素子の曲げ変位により長いバイモルフ素子
の屈曲点が変位方向に曲げられるため、結果として変位
量が向上する。
Further, merely laminating bimorph elements of the same size does not improve the displacement amount because one bimorph element joined as described above restrains the displacement of the other bimorph element, but the bimorph element according to the present invention. -Type actuator has a short bimorph element whose tip is located near the bending point of a long bimorph element, so that the long bimorph element can be bent by bending displacement of a short bimorph element without restraining the displacement part of the long bimorph element. Since the points are bent in the displacement direction, the displacement amount is improved as a result.

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】本発明のバイモルフ型アクチュエ
ータに用いられるバイモルフ素子は通常の方法によって
製造される。すなわち、2枚の圧電素子の間にシムと呼
ばれる金属板を挟んで接合することにより製造される。
バイモルフ素子の変位量を高めるために、例えばカーボ
ンファイバ等を混入することにより弾性率を高めたシム
を用いてもよい。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The bimorph element used in the bimorph type actuator of the present invention is manufactured by a usual method. That is, it is manufactured by sandwiching and joining a metal plate called a shim between two piezoelectric elements.
In order to increase the displacement amount of the bimorph element, for example, a shim having an increased elastic modulus by mixing carbon fiber or the like may be used.

【0008】圧電素子についても通常の方法によって製
造される。すなわち、原料としてPbO、ZrO2 、T
iO2 等を目的とする圧電材料を与える組成比で混合
し、仮焼成、粉砕、成形、焼成の各工程を施した後、目
的の大きさ・形状に加工し、最後に電極を焼き付ける。
シムを介してこうして製造した圧電素子をはりあわせる
ことによりバイモルフ素子が得られる。
The piezoelectric element is also manufactured by an ordinary method. That is, PbO, ZrO 2 , T as raw materials
After mixing io 2 and the like in a composition ratio that gives a desired piezoelectric material, and performing respective steps of calcination, crushing, molding, and calcination, it is processed into a target size and shape, and finally the electrode is baked.
A bimorph element is obtained by laminating the thus-produced piezoelectric elements via shims.

【0009】こうして製造したバイモルフ素子を複数積
層することにより本発明のバイモルフ型アクチュエータ
が得られる。この際、各バイモルフ素子の大きさを変
え、少なくとも2種以上の大きさを有するバイモルフ素
子を用い、長い方のバイモルフ素子の屈曲点近傍に短い
方のバイモルフ素子の先端が位置するように各バイモル
フ素子を配置して接合する。上述したように、積層され
るバイモルフ素子の長さが異なり、短い方のバイモルフ
素子の先端が長い方のバイモルフ素子の屈曲点近傍に配
置されることにより、長いバイモルフ素子の変位する部
位の拘束が抑制される。このように、積層されるバイモ
ルフ素子の長さを変えたのはバイモルフ素子の変位する
部位を拘束しないためであり、従って、短い方のバイモ
ルフ素子の先端は必ずしも長い方のバイモルフ素子の屈
曲点に正確に配置される必要はなく、その屈曲点の近傍
に配置されればこの目的を達成する。
The bimorph type actuator of the present invention can be obtained by stacking a plurality of the bimorph elements thus manufactured. At this time, the size of each bimorph element is changed, and a bimorph element having at least two sizes is used. Each bimorph element is positioned so that the tip of the shorter bimorph element is located near the bending point of the longer bimorph element. The elements are arranged and bonded. As described above, the lengths of the laminated bimorph elements are different, and by arranging the tip of the shorter bimorph element near the bending point of the longer bimorph element, the displacement of the long bimorph element is restrained. Suppressed. In this way, the length of the laminated bimorph element is changed in order not to constrain the displacing portion of the bimorph element, and therefore, the tip of the shorter bimorph element is not necessarily the bending point of the longer bimorph element. It does not have to be placed exactly, and if it is placed near its inflection point, it achieves this purpose.

【0010】バイモルフ素子の屈曲点は、通常の均一な
ものであればその中心に存在する。従って、図1に示す
ように、バイモルフ型アクチュエータを片端支持で用い
るような一般的場合には、短い方のバイモルフ素子2は
長い方のバイモルフ素子1の半分の長さのものを用いる
ことにより、短い方のバイモルフ素子の先端が長い方の
バイモルフ素子の中心、すなわち屈曲点に配置される。
また、屈曲点は、圧電素子の製造条件等によっては、そ
の中心以外の部位に設けることもでき、この場合には、
この屈曲点近傍に短い方のバイモルフ素子の先端が配置
されるように、バイモルフ素子の長さを調整すればよ
い。さらに、図2に示すように、3種以上の長さのバイ
モルフ素子を用いて同様に本発明のバイモルフ型アクチ
ュエータを製造することもできる。
The bending point of the bimorph element exists at the center if it is an ordinary uniform one. Therefore, as shown in FIG. 1, in a general case where a bimorph type actuator is used for supporting one end, by using a shorter bimorph element 2 having a half length of the longer bimorph element 1, The tip of the shorter bimorph element is arranged at the center of the longer bimorph element, that is, the bending point.
In addition, the bending point may be provided at a portion other than the center depending on the manufacturing conditions of the piezoelectric element, and in this case,
The length of the bimorph element may be adjusted so that the tip of the shorter bimorph element is located near the bending point. Further, as shown in FIG. 2, the bimorph type actuator of the present invention can be similarly manufactured by using bimorph elements having three or more kinds of lengths.

【0011】[0011]

【実施例】原料としてPbO、TiO2 、ZrO2 、S
rCO3 、Nb2 Oを、Pb0.89Sr0.11(Ti0.44
0.55Nb0.01)O3 を与えるような比で用い、造粒
し、金型を使用して長方形に成形し、焼成した後研削
し、圧電体を得た。この2枚の圧電体を金属板を挟ん
で、その変位状態が逆になるように接合し、バイモルフ
素子を得た。こうして長さ48mm、厚さ0.5mm のバイモル
フ素子1と長さ24mm、厚さ0.5mm のバイモルフ素子2を
製造し、図1に示すように、エポキシ樹脂系接着材を用
いて片側をそろえて接合し、電圧印加用の電線を接続し
て本発明のバイモルフ型アクチュエータを製造した。
EXAMPLES PbO, TiO 2 , ZrO 2 , S as raw materials
rCO 3 and Nb 2 O were added to Pb 0.89 Sr 0.11 (Ti 0.44 Z
r 0.55 Nb 0.01 ) O 3 was used in such a ratio as to give a piezoelectric body, which was granulated, formed into a rectangular shape using a mold, fired and then ground. A metal plate was sandwiched between these two piezoelectric bodies, and the piezoelectric bodies were bonded so that their displacement states were reversed, to obtain a bimorph element. In this way, a bimorph element 1 having a length of 48 mm and a thickness of 0.5 mm and a bimorph element 2 having a length of 24 mm and a thickness of 0.5 mm were manufactured, and one side was aligned with an epoxy resin adhesive as shown in FIG. Then, an electric wire for voltage application was connected to manufacture the bimorph type actuator of the present invention.

【0012】このバイモルフ型アクチュエータに電圧1
00Vを印加して、荷重を加えた際のその変位量を測定
した。この結果を図3に示す。また、荷重印加時におけ
るその変位保持率を測定し、その結果を図4に示す。比
較として、上記の長さ48mmのバイモルフ素子を用いて同
様に変位量を測定した。
A voltage of 1 is applied to this bimorph actuator.
The amount of displacement when applying a load of 00 V was measured. The result is shown in FIG. Further, the displacement retention rate when a load was applied was measured, and the result is shown in FIG. For comparison, the displacement amount was similarly measured using the above bimorph element having a length of 48 mm.

【0013】図2及び3より明らかなように、本発明の
積層したバイモルフ型アクチュエータは、荷重を加えな
い状態においても、1つのバイモルフ素子よりも変位量
が大きく、かつ荷重を加えた場合においても大きな変位
量を示した。
As is clear from FIGS. 2 and 3, the laminated bimorph type actuator of the present invention has a larger displacement amount than one bimorph element even when no load is applied, and when a load is applied. A large amount of displacement was shown.

【0014】また、1つのバイモルフ素子、同じ大きさ
のバイモルフ素子を2つ積層したもの、及び本願発明の
バイモルフ型アクチュエータについて、駆動周波数に対
する変位量を測定した。この結果を図5に示す。1つの
バイモルフ素子もしくは同じ大きさのバイモルフ素子を
積層したものは、駆動周波数が高くなると機械振動が追
いつかず変位量が低下してしまうが、本願発明のバイモ
ルフ型アクチュエータでは高い周波数においても変位量
の低下はみられなかった。
Further, the displacement amount with respect to the driving frequency was measured for one bimorph element, one in which two bimorph elements of the same size were laminated, and the bimorph type actuator of the present invention. The result is shown in FIG. In the case where one bimorph element or a bimorph element having the same size is laminated, mechanical vibration cannot catch up and the displacement amount decreases when the driving frequency increases. However, in the bimorph type actuator of the present invention, the displacement amount is high even at high frequencies. No decline was seen.

【0015】[0015]

【発明の効果】本発明のバイモルフ型アクチュエータ
は、荷重下においても大きな変位量を示し、かつ1つの
バイモルフ素子よりも変位量が向上する。さらに、高い
駆動周波数においても大きな変位を示す。
The bimorph type actuator of the present invention exhibits a large displacement amount even under a load, and the displacement amount is improved as compared with one bimorph element. Further, it shows a large displacement even at a high driving frequency.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】2つのバイモルフ素子からなる本願発明のバイ
モルフ型アクチュエータの略図である。
FIG. 1 is a schematic diagram of a bimorph actuator of the present invention consisting of two bimorph elements.

【図2】3つのバイモルフ素子からなる本願発明のバイ
モルフ型アクチュエータの略図である。
FIG. 2 is a schematic diagram of a bimorph actuator of the present invention consisting of three bimorph elements.

【図3】荷重を加えた際の変位量の変化を示すグラフで
ある。
FIG. 3 is a graph showing a change in displacement amount when a load is applied.

【図4】荷重を加えた際の変位保持率の変化を示すグラ
フである。
FIG. 4 is a graph showing a change in displacement retention rate when a load is applied.

【図5】駆動周波数に対する変位量の変化を示すグラフ
である。
FIG. 5 is a graph showing a change in displacement amount with respect to a driving frequency.

【図6】バイモルフ素子の屈曲変位を示す略図である。FIG. 6 is a schematic diagram showing bending displacement of a bimorph element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…長いバイモルフ素子 2…短いバイモルフ素子 3…中心電極 4…圧電素子 5…圧電素子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Long bimorph element 2 ... Short bimorph element 3 ... Center electrode 4 ... Piezoelectric element 5 ... Piezoelectric element

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 長さの異なる複数のバイモルフ素子の積
層構造からなり、短いバイモルフ素子の先端が長いバイ
モルフ素子の屈曲点近傍に位置するよう各バイモルフ素
子が配置されていることを特徴とするバイモルフ型アク
チュエータ。
1. A bimorph element having a laminated structure of a plurality of bimorph elements having different lengths, wherein each bimorph element is arranged so that a tip of a short bimorph element is located near a bending point of a long bimorph element. Type actuator.
JP7218601A 1995-08-28 1995-08-28 Bimorph-type actuator Pending JPH0964431A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP7218601A JPH0964431A (en) 1995-08-28 1995-08-28 Bimorph-type actuator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP7218601A JPH0964431A (en) 1995-08-28 1995-08-28 Bimorph-type actuator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH0964431A true JPH0964431A (en) 1997-03-07

Family

ID=16722520

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP7218601A Pending JPH0964431A (en) 1995-08-28 1995-08-28 Bimorph-type actuator

Country Status (1)

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JP (1) JPH0964431A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021200417A1 (en) * 2020-03-30 2021-10-07 パナソニックIpマネジメント株式会社 Actuator and optical reflective element

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021200417A1 (en) * 2020-03-30 2021-10-07 パナソニックIpマネジメント株式会社 Actuator and optical reflective element

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