JPS59175777A - バイモルフ振動子の駆動方法 - Google Patents
バイモルフ振動子の駆動方法Info
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- JPS59175777A JPS59175777A JP58051110A JP5111083A JPS59175777A JP S59175777 A JPS59175777 A JP S59175777A JP 58051110 A JP58051110 A JP 58051110A JP 5111083 A JP5111083 A JP 5111083A JP S59175777 A JPS59175777 A JP S59175777A
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- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims abstract description 46
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims abstract description 29
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims abstract 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 abstract description 15
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Landscapes
- Piezo-Electric Transducers For Audible Bands (AREA)
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (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】
この発明【Ｊ、バイモルフ振動子の駆動方法に係り、分
４４？方向を周一方向とした振動子の分極の大さざを劣
化させることなく、変位の大きい振動を句！〕する駆動
方法に関覆る。
４４？方向を周一方向とした振動子の分極の大さざを劣
化させることなく、変位の大きい振動を句！〕する駆動
方法に関覆る。
一般にバイモルフ振動子は、Ｅｌｌ加電圧により一方の
圧電機を伸長させ、他方の圧電板を圧縮するように、２
枚の圧電板を貼り合せた構造がらなり、例えば、第１図
に示す各々の圧電板（１）（５）の分極方向を逆向に形
成したもの、第２図に示す各々の圧電板（１）（６）の
分極方向を同一方向に揃えたものがある。
圧電機を伸長させ、他方の圧電板を圧縮するように、２
枚の圧電板を貼り合せた構造がらなり、例えば、第１図
に示す各々の圧電板（１）（５）の分極方向を逆向に形
成したもの、第２図に示す各々の圧電板（１）（６）の
分極方向を同一方向に揃えたものがある。
このバイモルフ振動子は、構成体に微小な変位を付与す
る片持ち構成のアクチュエータどして、また、構成体に
所定の共振周波数で振動ざゼ所定支持点で保持する構成
の音響素子・Ｗモジル−タ等に用いられる電気機械変換
素子どして使用され、その形状も用途に応じて矩形や円
板型のものが用いられでいる。
る片持ち構成のアクチュエータどして、また、構成体に
所定の共振周波数で振動ざゼ所定支持点で保持する構成
の音響素子・Ｗモジル−タ等に用いられる電気機械変換
素子どして使用され、その形状も用途に応じて矩形や円
板型のものが用いられでいる。
かかるバイモルフ振動子に電界回路を形成して直流電界
または交流電界を印加−りる駆動方法を、第１図、第２
図に示した圧電板（］）（５） 、（１）（６）の貼り
合ｔ！部に中央電極（３）として機能り＝る金属板を介
在さけて強度の向上を削り、振動子の両面に外向電極［
２）（４）を形成した構成のバイモルフ撮動子に基づい
て説明する。第１図の場合、外面電極（２）（４）間に
回路を設けてあり、例えば図示する方向で直流電界を印
加すると、一方の圧電板（１）には分極り向とは逆方向
、づ−なわち分極方向の→−側には一符号の外部電界が
印加され（以下、順方向という）、他方の圧電板（５）
には分極方向の＋側に＋？３号の外部電界が印加され（
以下、逆方向という）、第３図に示す如く変位Ｊる。こ
のとぎ、一方の圧電板（１）には圧電板の分極方向に電
界が作用覆るため問題がないが、他方の圧電板（５）に
はあらかじめ分極処理した方向とは逆の分極方向を逆転
させる方向に電界が印加されるため、分極処理時の外部
電界に近似かそれ以上の大ぎな電界を印加すると圧電板
の分極方向が逆転してしまい、再度電界を印加して駆動
しても所定化の変位を得ることかできない。
または交流電界を印加−りる駆動方法を、第１図、第２
図に示した圧電板（］）（５） 、（１）（６）の貼り
合ｔ！部に中央電極（３）として機能り＝る金属板を介
在さけて強度の向上を削り、振動子の両面に外向電極［
２）（４）を形成した構成のバイモルフ撮動子に基づい
て説明する。第１図の場合、外面電極（２）（４）間に
回路を設けてあり、例えば図示する方向で直流電界を印
加すると、一方の圧電板（１）には分極り向とは逆方向
、づ−なわち分極方向の→−側には一符号の外部電界が
印加され（以下、順方向という）、他方の圧電板（５）
には分極方向の＋側に＋？３号の外部電界が印加され（
以下、逆方向という）、第３図に示す如く変位Ｊる。こ
のとぎ、一方の圧電板（１）には圧電板の分極方向に電
界が作用覆るため問題がないが、他方の圧電板（５）に
はあらかじめ分極処理した方向とは逆の分極方向を逆転
させる方向に電界が印加されるため、分極処理時の外部
電界に近似かそれ以上の大ぎな電界を印加すると圧電板
の分極方向が逆転してしまい、再度電界を印加して駆動
しても所定化の変位を得ることかできない。
また、第２図のバイモルフ振動子は、中央電極（３）と
両方の外面電極（２）（４）との間に電界回路が構成さ
れているが、一方の圧電板（１）には順方向の外部電界
が印加され、他方の圧電板（６）には逆方向の電界が印
加されるという構成であり、例えば第４図に示す方向で
直流電界を印加して駆動するど、先の場合と全く同じ問
題がある。
両方の外面電極（２）（４）との間に電界回路が構成さ
れているが、一方の圧電板（１）には順方向の外部電界
が印加され、他方の圧電板（６）には逆方向の電界が印
加されるという構成であり、例えば第４図に示す方向で
直流電界を印加して駆動するど、先の場合と全く同じ問
題がある。
さらに、第３図に示す方向とは逆方向に屈曲変位さける
ため、印加電界を逆転させても、一方の圧電板（１）に
も逆方向の電界が作用し、印加された電界の大ぎざが分
極処理時の電界値の近似以上の場合は分極方向が逆転し
、屈曲変位を全く示さなくなる。
ため、印加電界を逆転させても、一方の圧電板（１）に
も逆方向の電界が作用し、印加された電界の大ぎざが分
極処理時の電界値の近似以上の場合は分極方向が逆転し
、屈曲変位を全く示さなくなる。
また、バイモルフ振動子の変位Ｓと外部電界「との関係
は、Ｓ＝ｄ Ｅであり、変位を大さくとるためには、電
界「を犬さく覆るか、圧電定数ｄを大ぎくづる必要があ
る。ところが、ヂタン酸ジルコン醇鉛磁器の場合は、一
般に圧電定数と反転電界を同時に大きくすることができ
ず、例えは、板厚方向に分極処理した厚み１ｍｍのヂタ
ン酸シル」ン酸鉛磁器を主成分どづる圧電板は、１〜３
ＫＶの逆方向の外部電界の印加によりその分極方向が逆
転する。また、上記反転電界より僅かに低い低電圧を印
加しても、交流電界の場合は、長時間の駆動を行なうと
減極により劣化が進行し、実用に適さない。さらに、ｄ
定数の場合、！ｉ ００・−〇〇〇×１０ｍ／Ｖが最高
であり、これ以上人きくとるどキューリ一点か低くなる
など実用的でない１゜従って、上述した従来のバイセル
フ振動子の駆動方法は、反転電界より十分に低い直流ま
たは交流電界を印加する場合のみ、駆動が可能であり、
大きな変位をイｑ！うできるバイモルフ振動子を得るこ
とか不可能であった。
は、Ｓ＝ｄ Ｅであり、変位を大さくとるためには、電
界「を犬さく覆るか、圧電定数ｄを大ぎくづる必要があ
る。ところが、ヂタン酸ジルコン醇鉛磁器の場合は、一
般に圧電定数と反転電界を同時に大きくすることができ
ず、例えは、板厚方向に分極処理した厚み１ｍｍのヂタ
ン酸シル」ン酸鉛磁器を主成分どづる圧電板は、１〜３
ＫＶの逆方向の外部電界の印加によりその分極方向が逆
転する。また、上記反転電界より僅かに低い低電圧を印
加しても、交流電界の場合は、長時間の駆動を行なうと
減極により劣化が進行し、実用に適さない。さらに、ｄ
定数の場合、！ｉ ００・−〇〇〇×１０ｍ／Ｖが最高
であり、これ以上人きくとるどキューリ一点か低くなる
など実用的でない１゜従って、上述した従来のバイセル
フ振動子の駆動方法は、反転電界より十分に低い直流ま
たは交流電界を印加する場合のみ、駆動が可能であり、
大きな変位をイｑ！うできるバイモルフ振動子を得るこ
とか不可能であった。
この発明は、かかる現状に鑑み、分極方向を同一方向と
した振動子の分極の大きさを劣化させることなく、変位
の大ぎい振動を（−１与できる駆動方法を目的どしてい
る。
した振動子の分極の大きさを劣化させることなく、変位
の大ぎい振動を（−１与できる駆動方法を目的どしてい
る。
ずインわら、この発明は、分極方向を板厚方向とした２
枚の几電板を分極方向を揃えて貼り合Ｖ１表裏の外面電
極及び貼り合せ面に介在させる中央電極とを右づるバイ
モルフ振動子において、中央電極ど一方の外面電極を結
ぶ回路の各々に、周１ＩＪＩ的に分極方向と同方向の電
界を印加して振動駆動覆ることを特徴と覆るバイモルフ
振動子の駆動方仏である。
枚の几電板を分極方向を揃えて貼り合Ｖ１表裏の外面電
極及び貼り合せ面に介在させる中央電極とを右づるバイ
モルフ振動子において、中央電極ど一方の外面電極を結
ぶ回路の各々に、周１ＩＪＩ的に分極方向と同方向の電
界を印加して振動駆動覆ることを特徴と覆るバイモルフ
振動子の駆動方仏である。
以下に、この発明によるバイセルフ振動子の駆動方法を
図面に基づいて詳述する。第一５図から第７図は、この
発明による駆動方法を示すバイモルフ振動子の状態説明
図である。
図面に基づいて詳述する。第一５図から第７図は、この
発明による駆動方法を示すバイモルフ振動子の状態説明
図である。
バイモルフ振動子は第５図に示す如く、板ｊ′ｐプｊ向
に分極された２枚の圧電板（１０） （２０）を、図
面において上から下方向に分極り向を揃えＣ１両者の貼
り合せ面に中央電極（３２）を介在させて貼着してあり
、表裏面に外面電極（３１） （３３）をｆ・ｊ設し
、中央電極（３２）と一方の圧電板（１０）の外面電極
（３１）間電界回路と、中央電極（３２）と他方の圧電
板（２０）の外面電極（３３）間電界回路の２回路を設
置プである。
に分極された２枚の圧電板（１０） （２０）を、図
面において上から下方向に分極り向を揃えＣ１両者の貼
り合せ面に中央電極（３２）を介在させて貼着してあり
、表裏面に外面電極（３１） （３３）をｆ・ｊ設し
、中央電極（３２）と一方の圧電板（１０）の外面電極
（３１）間電界回路と、中央電極（３２）と他方の圧電
板（２０）の外面電極（３３）間電界回路の２回路を設
置プである。
まず第６図に示す如く、一方の圧電板（１０）にのみ、
分極方向の＋側に一１η号の直流の外部電界を印加、す
なわら分極方向に順方向の外部電界を印加すると、圧電
板（１０）は伸長りるか、これに接着される他方の圧電
板（２０）Ｇよ外部電界が印加されないため、例えば金
属板と同様に機能してバイモルフ振動子が屈曲する。
分極方向の＋側に一１η号の直流の外部電界を印加、す
なわら分極方向に順方向の外部電界を印加すると、圧電
板（１０）は伸長りるか、これに接着される他方の圧電
板（２０）Ｇよ外部電界が印加されないため、例えば金
属板と同様に機能してバイモルフ振動子が屈曲する。
次いで、第７図に示す如く、他方の圧電板（２０）にの
み、分極方向に順方向の外部電界を印加づると、圧電板
（２０）は伸長するが、他方の圧電板（１０〉は金属板
と同様に機能してハイモルノ振動子が第６図とは逆方向
に屈曲する。
み、分極方向に順方向の外部電界を印加づると、圧電板
（２０）は伸長するが、他方の圧電板（１０〉は金属板
と同様に機能してハイモルノ振動子が第６図とは逆方向
に屈曲する。
ざらに、公知のスイッチング素子を使用して上記の手順
に従って電界回路の切替えを行なうことにより、任意の
方向及び大きな変位を得ることができる。寸なわら、第
８図に示すバイモルフ振動子の一方端部を支持体（４０
）に保持させた片持ち構造のバイモルフ振動子においτ
、中央電極（３２）と一方の圧電板（１０）の外面電極
（３１）間電界回路と、中央電極（３２）と他方の圧電
板（２０）の外面電極（３３）間電界回路の２回路にス
イッチング素子・回路により分極方向に順方向の電界を
周期的に印加すると、双方向の変位を付与できる。
に従って電界回路の切替えを行なうことにより、任意の
方向及び大きな変位を得ることができる。寸なわら、第
８図に示すバイモルフ振動子の一方端部を支持体（４０
）に保持させた片持ち構造のバイモルフ振動子においτ
、中央電極（３２）と一方の圧電板（１０）の外面電極
（３１）間電界回路と、中央電極（３２）と他方の圧電
板（２０）の外面電極（３３）間電界回路の２回路にス
イッチング素子・回路により分極方向に順方向の電界を
周期的に印加すると、双方向の変位を付与できる。
また、上記のバイモルフ振動子を交流電界により駆動す
る場合、例えばタイオードによって整流した＋側の電界
を一方の圧電板（１０）の電極に、−側の電界を他方の
圧電板（２０〉の電極に印加することにより同様に駆動
できる。パルス駆動する場合も同様に、第９図に示す如
く、ダイオードにより一方の圧電板（１０）に＋側成分
を、他方の圧電板（２０）に−側成分を印加することに
より駆動できる。
る場合、例えばタイオードによって整流した＋側の電界
を一方の圧電板（１０）の電極に、−側の電界を他方の
圧電板（２０〉の電極に印加することにより同様に駆動
できる。パルス駆動する場合も同様に、第９図に示す如
く、ダイオードにより一方の圧電板（１０）に＋側成分
を、他方の圧電板（２０）に−側成分を印加することに
より駆動できる。
以下にこの発明による実施例を示しその効果を明らかに
する。
する。
実施例１
厚さ０．３ｍｍ、長さ３０ｍｍ、幅旬ｍｍ寸法で抗電界
が１ｍｍ当り０，１３ＫＶのチタン酸ジルコン酸鉛磁器
板からなり、板厚方向に分極された２枚の圧電板を分極
方向を揃えて、両者の貼り合せ面に中火電極として、厚
さ０．１０ｍｍ、長さ３５ｍｍ、幅１０ｍｍ寸法のりん
青銅板を介在させ、エポキシ樹脂で貼着し、各々の外面
電極と中央電極とを結ぶ電界回路を設けてこの発明のバ
イモルフ振動子を作製した。
が１ｍｍ当り０，１３ＫＶのチタン酸ジルコン酸鉛磁器
板からなり、板厚方向に分極された２枚の圧電板を分極
方向を揃えて、両者の貼り合せ面に中火電極として、厚
さ０．１０ｍｍ、長さ３５ｍｍ、幅１０ｍｍ寸法のりん
青銅板を介在させ、エポキシ樹脂で貼着し、各々の外面
電極と中央電極とを結ぶ電界回路を設けてこの発明のバ
イモルフ振動子を作製した。
上記のバイモルフ振動子を用いてパルス駆動したところ
、駆動電界条件がパルス幅２ｍ５ｅｃ 、繰返し時間４
ｍ５ｅｃ 、電圧３５０Ｖであり、圧電板の抗電界を越
える電圧で駆動できた。
、駆動電界条件がパルス幅２ｍ５ｅｃ 、繰返し時間４
ｍ５ｅｃ 、電圧３５０Ｖであり、圧電板の抗電界を越
える電圧で駆動できた。
実施例２
実施例１で使用したバイモルフ振動子を第４図に示す片
持ち構成として、パルス幅２ｍ５ｅｃ 、繰返し時間４
ｍ５ｅｃ 、電圧３５０Ｖの駆動電界条件で駆動したと
ころパイセルフ振動子の先端部で０．１ｍｍの変位を１
ｑた。また、このバイモルフ振動子の第１次共振周波数
が３１０ＫＨ２であり、駆動条件をこれに合致させて駆
動した結果、約±３０Ｖの入力電界で０ 、５ ｎｕｎ
の振幅を得た。ざらに長詩開駆動を行なったところ振動
子の振幅の劣化は観測されなかｐｉこ 。
持ち構成として、パルス幅２ｍ５ｅｃ 、繰返し時間４
ｍ５ｅｃ 、電圧３５０Ｖの駆動電界条件で駆動したと
ころパイセルフ振動子の先端部で０．１ｍｍの変位を１
ｑた。また、このバイモルフ振動子の第１次共振周波数
が３１０ＫＨ２であり、駆動条件をこれに合致させて駆
動した結果、約±３０Ｖの入力電界で０ 、５ ｎｕｎ
の振幅を得た。ざらに長詩開駆動を行なったところ振動
子の振幅の劣化は観測されなかｐｉこ 。
第１図から第４図は従来の駆動方法を示すバイモルフ振
動子の状態説明図であり、第１図と第３図は分極方向が
対向する場合、第２図と第４図は同方向の場合を示し、
第５図から第９図は、この発明による駆動方法を示すバ
イモルフ振動子の状態説明図であり、第８図は片持ち構
成の場合、第９図はパルス駆動の場合を示ず。 １．５，６，１０．２０・・・圧電板、２，４，３１．
３３・・・外面電極、３．３２・・・中央電極、４０・
・・支持体。 出願人 住友特殊金属株式会社 代理人 押 １） 良 久１）λ１；（、ソｊ第
１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 第８１ツ） ＠９図
動子の状態説明図であり、第１図と第３図は分極方向が
対向する場合、第２図と第４図は同方向の場合を示し、
第５図から第９図は、この発明による駆動方法を示すバ
イモルフ振動子の状態説明図であり、第８図は片持ち構
成の場合、第９図はパルス駆動の場合を示ず。 １．５，６，１０．２０・・・圧電板、２，４，３１．
３３・・・外面電極、３．３２・・・中央電極、４０・
・・支持体。 出願人 住友特殊金属株式会社 代理人 押 １） 良 久１）λ１；（、ソｊ第
１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 第８１ツ） ＠９図
Claims (1)
- １ 分極方向を仮１９方向とした２枚の圧電板を分極方
向を揃えて貼り合せ、表裏の外面電極及び晶り合ぜ而に
介在ざＵる中央電極とを有り−るバイモルフ撮動子にＪ
５いて、中央電極と一方の外面電極を結ぶ回路の各々に
、周期的に分極方向と同方向の電界を印加して振動駆動
することを特徴とするバイセルフ振動ｆの駆動方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58051110A JPS59175777A (ja) | 1983-03-25 | 1983-03-25 | バイモルフ振動子の駆動方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58051110A JPS59175777A (ja) | 1983-03-25 | 1983-03-25 | バイモルフ振動子の駆動方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59175777A true JPS59175777A (ja) | 1984-10-04 |
Family
ID=12877661
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58051110A Pending JPS59175777A (ja) | 1983-03-25 | 1983-03-25 | バイモルフ振動子の駆動方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59175777A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| USRE33691E (en) * | 1984-12-21 | 1991-09-17 | General Electric Company | Piezoelectric ceramic switching devices and systems and method of making the same |
| US5083056A (en) * | 1989-03-14 | 1992-01-21 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Displacement generating apparatus |
| US5210455A (en) * | 1990-07-26 | 1993-05-11 | Ngk Insulators, Ltd. | Piezoelectric/electrostrictive actuator having ceramic substrate having recess defining thin-walled portion |
| US5430344A (en) * | 1991-07-18 | 1995-07-04 | Ngk Insulators, Ltd. | Piezoelectric/electrostrictive element having ceramic substrate formed essentially of stabilized zirconia |
| US7024738B2 (en) | 1999-05-21 | 2006-04-11 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method for controlling a direction of polarization of a piezoelectric thin film |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5632207B2 (ja) * | 1977-04-07 | 1981-07-27 |
-
1983
- 1983-03-25 JP JP58051110A patent/JPS59175777A/ja active Pending
Patent Citations (1)
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