JPS5961976A - 圧電バイモルフ - Google Patents
圧電バイモルフInfo
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- JPS5961976A JPS5961976A JP57173570A JP17357082A JPS5961976A JP S5961976 A JPS5961976 A JP S5961976A JP 57173570 A JP57173570 A JP 57173570A JP 17357082 A JP17357082 A JP 17357082A JP S5961976 A JPS5961976 A JP S5961976A
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- JP
- Japan
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- piezoelectric element
- piezoelectric
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- voltage
- axial direction
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Links
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- 230000010287 polarization Effects 0.000 abstract description 29
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 abstract description 22
- 230000005684 electric field Effects 0.000 abstract description 17
- 238000005452 bending Methods 0.000 abstract description 9
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 7
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- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
- H10N30/204—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using bending displacement, e.g. unimorph, bimorph or multimorph cantilever or membrane benders
- H10N30/2041—Beam type
- H10N30/2042—Cantilevers, i.e. having one fixed end
Landscapes
- Piezo-Electric Transducers For Audible Bands (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】
（イ）発明の関連する技術分野
この発明はピックアップ、圧電リレー、ブザー等の振動
子やアクチュエータとして用いられる圧電バイモルフに
関する。
子やアクチュエータとして用いられる圧電バイモルフに
関する。
（ロ）従来技術とその欠点
１ｉ１Ｑに、圧電バイモルフには、２枚の圧電素子を中
間電極板あるいは機械的強度を補強するための金属板等
を介在させて貼り合わせたものと、単に接層剤のみて貼
り合わせたものとが実用に供されている。このような圧
電バイモルフに電圧を印加すると一方の圧電素子か伸ひ
、他方の圧電素子か縮むために機械的コンプライアンス
の太きなたわみ運動を行う。このたわみ運動を利用して
圧電バイモルフは振動子やアクチュエータに用いられて
いる。
間電極板あるいは機械的強度を補強するための金属板等
を介在させて貼り合わせたものと、単に接層剤のみて貼
り合わせたものとが実用に供されている。このような圧
電バイモルフに電圧を印加すると一方の圧電素子か伸ひ
、他方の圧電素子か縮むために機械的コンプライアンス
の太きなたわみ運動を行う。このたわみ運動を利用して
圧電バイモルフは振動子やアクチュエータに用いられて
いる。
従来、この種の圧電バイモルフは、分極軸方向と同一方
向に電圧を印加することにより縮みを生じる圧電素子を
二枚貼り合わせたものであった。
向に電圧を印加することにより縮みを生じる圧電素子を
二枚貼り合わせたものであった。
そして、この圧電素子のたわみ動作を行わせるために、
一方の圧電素子にはその分極軸方向と同一方向に電圧を
印加して縮みを生じさせ、また、他方の圧電素子にはそ
の分極軸方同表逆方向に電圧を印加して伸びを生じさせ
ている。しかしながら、分極軸方向と逆方向に電圧を印
加するということは、分極処理によって強制的に方向付
けた自発分極の配列に基づく強誘電性特有の分極軸を反
転あるいは拡散させることになり、圧電性を消去するこ
とにつながる。特に、その状態は高電圧を印加した場合
や高温雰囲気中において顕著であり、また低電圧を印加
する場合でも長時間にわたってキュリ一点以下の高温領
域で連続印加すると分極の減極が加速され圧電性を失う
脱分極状態になる。
一方の圧電素子にはその分極軸方向と同一方向に電圧を
印加して縮みを生じさせ、また、他方の圧電素子にはそ
の分極軸方同表逆方向に電圧を印加して伸びを生じさせ
ている。しかしながら、分極軸方向と逆方向に電圧を印
加するということは、分極処理によって強制的に方向付
けた自発分極の配列に基づく強誘電性特有の分極軸を反
転あるいは拡散させることになり、圧電性を消去するこ
とにつながる。特に、その状態は高電圧を印加した場合
や高温雰囲気中において顕著であり、また低電圧を印加
する場合でも長時間にわたってキュリ一点以下の高温領
域で連続印加すると分極の減極が加速され圧電性を失う
脱分極状態になる。
このように、例えは高温で長時間従来の圧電バイモルフ
を動ｆ「させると、たわみ動作による変位量に対応した
機械的信号に劣下を生じるなど、動作信頼性に劣る欠点
があった。
を動ｆ「させると、たわみ動作による変位量に対応した
機械的信号に劣下を生じるなど、動作信頼性に劣る欠点
があった。
この欠点を解決するために、分極軸方向と同一方向に電
圧が印加される圧電素子よりも逆方向に電圧が印加され
る圧電素子側の厚みをただ単に厚くして圧電素子の電界
強度（Ｖ／ｍｍ）を減少させ、分極の減極加速を抑制す
る方法がある。この場合、圧電バイモルフの変位量を大
きくするために実用上、圧電素子には許容電圧に近い電
圧が印加される。そのためキュリ一点以下の高温雰囲気
で許容電圧に耐られる程度に厚みを厚くして分極軸と逆
方向に電圧が印加される側の圧電素子を得ようとすると
、その厚みが非常に厚くなり動作信頼性に優れていても
、厚みが厚くなるために変位量が劣でしまう。これは変
位量の大きな圧電バイモルフを得ようとする場合には、
圧電定数ｄ３ｆ）大きな圧電素子が必要であるが圧電材
料の特性上、圧電定数ｄ３□が大きいと逆に抗電界が小
さく更に、圧高温雰囲気で脱分極になりゃすい状態であ
ることに基因している。
圧が印加される圧電素子よりも逆方向に電圧が印加され
る圧電素子側の厚みをただ単に厚くして圧電素子の電界
強度（Ｖ／ｍｍ）を減少させ、分極の減極加速を抑制す
る方法がある。この場合、圧電バイモルフの変位量を大
きくするために実用上、圧電素子には許容電圧に近い電
圧が印加される。そのためキュリ一点以下の高温雰囲気
で許容電圧に耐られる程度に厚みを厚くして分極軸と逆
方向に電圧が印加される側の圧電素子を得ようとすると
、その厚みが非常に厚くなり動作信頼性に優れていても
、厚みが厚くなるために変位量が劣でしまう。これは変
位量の大きな圧電バイモルフを得ようとする場合には、
圧電定数ｄ３ｆ）大きな圧電素子が必要であるが圧電材
料の特性上、圧電定数ｄ３□が大きいと逆に抗電界が小
さく更に、圧高温雰囲気で脱分極になりゃすい状態であ
ることに基因している。
また、分極軸方向と逆方向に電圧が印加される側を、同
方向に電圧が印加される側と同厚で、抗電界特性の高い
圧電素子によってのみ構成した場合には、高温で長時間
電圧を印加させた状態でも変位量の劣下を低減させるた
めには、抗電界特性を十分に大きくする必要があり、そ
れにより圧電定数ｄ３□が必然的に小さな圧電素子を用
いることになる。よって同一材料で厚みを厚くした場合
と同様に動作信頼性には優れるものの変位量を十分に得
られないという欠点があった。
方向に電圧が印加される側と同厚で、抗電界特性の高い
圧電素子によってのみ構成した場合には、高温で長時間
電圧を印加させた状態でも変位量の劣下を低減させるた
めには、抗電界特性を十分に大きくする必要があり、そ
れにより圧電定数ｄ３□が必然的に小さな圧電素子を用
いることになる。よって同一材料で厚みを厚くした場合
と同様に動作信頼性には優れるものの変位量を十分に得
られないという欠点があった。
（ハ）発明の目的
この発明はたわみ動作による変位量が大きく、しかも熱
的変化に対し電気−機械特性の経時変化が少なく、動作
信頼性の高い圧電バイモルフを提供することを目的とす
る。
的変化に対し電気−機械特性の経時変化が少なく、動作
信頼性の高い圧電バイモルフを提供することを目的とす
る。
に）発明の構成および効果
この発明は分極軸方向と同一方向に電圧を印加するこ七
によりその分極軸方向の直角方向に縮みを生じる圧電素
イ側の厚みを薄くし、他方分極軸方向と逆方向に電圧を
印加することにより、その分極１１１方向の直角方向に
伸びを生じる圧電素子側の厚みを分１１賃軸方向と同一
方向にＴＦ、圧が印加さり。
によりその分極軸方向の直角方向に縮みを生じる圧電素
イ側の厚みを薄くし、他方分極軸方向と逆方向に電圧を
印加することにより、その分極１１１方向の直角方向に
伸びを生じる圧電素子側の厚みを分１１賃軸方向と同一
方向にＴＦ、圧が印加さり。
る側の圧電素子よりも厚くし、かつ抗電界特性の大きな
圧電素子とを分極軸がそろうように瓜ね合わせることに
より、たわみ動作を行えるようにしたことを特徴と＋る
。
圧電素子とを分極軸がそろうように瓜ね合わせることに
より、たわみ動作を行えるようにしたことを特徴と＋る
。
この発明により、ば、分極軸方向と逆方向に重圧が印加
さｈ−る圧電素子に抗電界の大きな圧電素子を用いて、
なか、がっ、分極軸方向と同方向に電圧が印加上れる圧
電素子側の厚みょ９も厚くするが、双方の厚みの差を最
少限にすることができる。
さｈ−る圧電素子に抗電界の大きな圧電素子を用いて、
なか、がっ、分極軸方向と同方向に電圧が印加上れる圧
電素子側の厚みょ９も厚くするが、双方の厚みの差を最
少限にすることができる。
こｈにより同一圧電素子（同−抗電界）でただ単に厚み
の異なる圧下バイモルフ捷たけ同一厚みで４フ”Ｉ電１
界のＩ＾なった圧電バイモルフでは得らり、なかった大
きな変位量が得らｈ−５し浄も、分極ＩＱｌ＋方向と逆
方向に？σ圧が印加さｈ６る圧電素子の抗電界特性を大
きく、刀１つ、厚くして電界強度を減少させるという相
乗効果により高６Ｗｌ雰囲気中で長時間動作させても圧
雪性が安定している。
の異なる圧下バイモルフ捷たけ同一厚みで４フ”Ｉ電１
界のＩ＾なった圧電バイモルフでは得らり、なかった大
きな変位量が得らｈ−５し浄も、分極ＩＱｌ＋方向と逆
方向に？σ圧が印加さｈ６る圧電素子の抗電界特性を大
きく、刀１つ、厚くして電界強度を減少させるという相
乗効果により高６Ｗｌ雰囲気中で長時間動作させても圧
雪性が安定している。
したがって、熱的変化に対してたわみ動作による変位量
が大きく、また経時変化が少ないために動作信頼性の高
い圧？■バイモルフが得らり、る。
が大きく、また経時変化が少ないために動作信頼性の高
い圧？■バイモルフが得らり、る。
（ホ）実施例の説明
第１閃けこの発明の一実施例を示す圧電バイモルフの側
面型である。
面型である。
圧電素子１ば、矢印Ａで示す分極軸方向と同一方向に電
圧を印加すると分極軸方向と直角方向に縮む圧電素子で
ある。圧電素子２は矢印Ｂで示子分極軸方向と逆方向に
重圧を印加すると分極軸方向と直角方向に伸びる圧電素
子である。
圧を印加すると分極軸方向と直角方向に縮む圧電素子で
ある。圧電素子２は矢印Ｂで示子分極軸方向と逆方向に
重圧を印加すると分極軸方向と直角方向に伸びる圧電素
子である。
ここで圧電、素子１，２の厚さは、（圧電素子Ｊ）＜（
圧電素子２）の関係にあり、圧電素子２の方を厚くしで
ある。′−また、圧電素子２け圧１゛■素イ１よりも抗
電界が大きく脱分極しにぐい圧電素子で構成されている
。圧電素子１と２は金属？１３’ １’、＋ｇ板３を挾
んで互いに分極軸方向がそろうように貼り合わされてい
る。これらの分極軸方向は金属電極板３に垂直な方向で
ある。圧電素子１，２のそれぞれの両面には導電層４
、４’、５ 、５’が形成されている。導電層４，５は
直流電源６の一方の電極端子に接続され、金属電極板３
は直流電源６の他方の電極端子に接続される。
圧電素子２）の関係にあり、圧電素子２の方を厚くしで
ある。′−また、圧電素子２け圧１゛■素イ１よりも抗
電界が大きく脱分極しにぐい圧電素子で構成されている
。圧電素子１と２は金属？１３’ １’、＋ｇ板３を挾
んで互いに分極軸方向がそろうように貼り合わされてい
る。これらの分極軸方向は金属電極板３に垂直な方向で
ある。圧電素子１，２のそれぞれの両面には導電層４
、４’、５ 、５’が形成されている。導電層４，５は
直流電源６の一方の電極端子に接続され、金属電極板３
は直流電源６の他方の電極端子に接続される。
」−記のように構成された圧電バイモルフは、たわみ動
作時において、圧電素子１には矢印Ａ方向に電圧が印加
され、かつ圧電素子２には矢印Ｂ方向と逆方向に電圧が
印加される。
作時において、圧電素子１には矢印Ａ方向に電圧が印加
され、かつ圧電素子２には矢印Ｂ方向と逆方向に電圧が
印加される。
このような電圧印加によって圧電素子１は縮むとともに
、圧電素子２は伸びを生じ、支持台７によって支持され
た圧電バイモルフは全体として上方に変位する、たわみ
運動を行う。この発明の圧電バイモルフで長時間高温特
性の動作信頼性およびたわみによる変位量の向上を得よ
うとする場合は、圧電素子１の厚みは絶縁破壊の起こら
ない範囲で十分に薄くすることが必要であるが、加工性
および作業性等で厚みは８０μｍ以上が適当である。ま
た圧電素子２の厚みは抗電界特性とのがね合いもあるが
（圧電素子２）／（圧電素子１）−１，２〜２．０の関
係を満足するものが実用的である。
、圧電素子２は伸びを生じ、支持台７によって支持され
た圧電バイモルフは全体として上方に変位する、たわみ
運動を行う。この発明の圧電バイモルフで長時間高温特
性の動作信頼性およびたわみによる変位量の向上を得よ
うとする場合は、圧電素子１の厚みは絶縁破壊の起こら
ない範囲で十分に薄くすることが必要であるが、加工性
および作業性等で厚みは８０μｍ以上が適当である。ま
た圧電素子２の厚みは抗電界特性とのがね合いもあるが
（圧電素子２）／（圧電素子１）−１，２〜２．０の関
係を満足するものが実用的である。
すなわち、圧電素子２の厚みを厚くし、かつ抗電界の大
きな脱分極しにくい圧電素子を用いることにより、減極
加速を抑制する効果によって、圧電バイモルフを高温雰
囲気中で長時間動作を行っても圧電特性が安定する。し
かも厚みまたは抗電界の単独効果では得られないたわみ
動作による変位量が大きく得られるものである。
きな脱分極しにくい圧電素子を用いることにより、減極
加速を抑制する効果によって、圧電バイモルフを高温雰
囲気中で長時間動作を行っても圧電特性が安定する。し
かも厚みまたは抗電界の単独効果では得られないたわみ
動作による変位量が大きく得られるものである。
つぎに、比較実施例を説明する。
長さ３０ｍ、幅１０ｍｍ、厚さ０．１Ｍの圧電セラミッ
ク素子ｌ （Ｐｂ（Ｔｉ、Ｚｒ）０３系）と、長さ蜀胴
、幅１０ｍｍ、厚さ０．１５ｗｎの圧電セラミック素子
２ （Ｐｂ（Ｔｉ、Ｚｒ） ０３系に抗電界を大きくす
る添加物を添加したもの）の両面に銀蒸着て平均厚１μ
ｍの導電層を付け、同形状で厚さ０．０３ｍｍの中間金
属電極板に分極軸方向がそろうように変性アクリレート
系接着剤で貼り合わせて本発明品である圧電バイモルフ
へをｌＲ４成し、゛この圧電７Ｆイモ・ルフを高温雰囲
気中で長時間動作（条件、温度６゜℃恒１１′１−］）
イ印加電圧Ｉ）Ｃ２０ｖ、時１’ｒｔｌ ５００ 時間
） ヲ行ない変位ｊｉ（の減少を測定した。
ク素子ｌ （Ｐｂ（Ｔｉ、Ｚｒ）０３系）と、長さ蜀胴
、幅１０ｍｍ、厚さ０．１５ｗｎの圧電セラミック素子
２ （Ｐｂ（Ｔｉ、Ｚｒ） ０３系に抗電界を大きくす
る添加物を添加したもの）の両面に銀蒸着て平均厚１μ
ｍの導電層を付け、同形状で厚さ０．０３ｍｍの中間金
属電極板に分極軸方向がそろうように変性アクリレート
系接着剤で貼り合わせて本発明品である圧電バイモルフ
へをｌＲ４成し、゛この圧電７Ｆイモ・ルフを高温雰囲
気中で長時間動作（条件、温度６゜℃恒１１′１−］）
イ印加電圧Ｉ）Ｃ２０ｖ、時１’ｒｔｌ ５００ 時間
） ヲ行ない変位ｊｉ（の減少を測定した。
また、比較量１３として同形状の圧電セラミック素子１
を２枚貼り合わせたもの、比較量Ｃとして長さ３０調、
幅１０ｗｎ厚さ０．１ ｍｍと０．２調の圧電セラミッ
ク素子１，１を貼り合わせたもの、比較量Ｉ）として長
さ３０馴、幅１０Ｍ１厚さ０．１咽の圧電セラミック素
子】と同形状の圧電セラミック素子３（圧電セラミック
２よりも更に抗電界の大きなもの）を貼り合わせたもの
によって比較評価を行なった。この場合、比較量Ｃにつ
いては分極軸方向と逆方向に電圧が印加される圧電セラ
ミック素子１′の厚みを、また比較量りについては圧電
セラミック素子３の組成、つまり抗電界特性を任意に選
定し、上記試験条件で動作信頼性か得られ、変位量の劣
化が少ないように組み合わせたものである。
を２枚貼り合わせたもの、比較量Ｃとして長さ３０調、
幅１０ｗｎ厚さ０．１ ｍｍと０．２調の圧電セラミッ
ク素子１，１を貼り合わせたもの、比較量Ｉ）として長
さ３０馴、幅１０Ｍ１厚さ０．１咽の圧電セラミック素
子】と同形状の圧電セラミック素子３（圧電セラミック
２よりも更に抗電界の大きなもの）を貼り合わせたもの
によって比較評価を行なった。この場合、比較量Ｃにつ
いては分極軸方向と逆方向に電圧が印加される圧電セラ
ミック素子１′の厚みを、また比較量りについては圧電
セラミック素子３の組成、つまり抗電界特性を任意に選
定し、上記試験条件で動作信頼性か得られ、変位量の劣
化が少ないように組み合わせたものである。
第２図及び第３図は」−記の実験結果を示すものである
。なお、第２図はＡ−Ｄの初期変位量をそれぞれ１００
とし各時間における変位量の割合を％で示すことにより
減少量を示した。また、第３図は具体的な変位量を示す
ものである。両図から明らかなように、本発明品Ａは第
３図に示すように変位量が大きく、かつ、長時間で高温
雰囲気動作させても第２図に示すように劣化が少なく、
動作信頼性が良い。また、比較量Ｂは変位量は大きく得
られるが、動作信頼性に劣り、比較量Ｃ、Ｉ）はその逆
で動作信頼性は優れているが、必要な変位■が得にくい
という欠点があることが明確になった。
。なお、第２図はＡ−Ｄの初期変位量をそれぞれ１００
とし各時間における変位量の割合を％で示すことにより
減少量を示した。また、第３図は具体的な変位量を示す
ものである。両図から明らかなように、本発明品Ａは第
３図に示すように変位量が大きく、かつ、長時間で高温
雰囲気動作させても第２図に示すように劣化が少なく、
動作信頼性が良い。また、比較量Ｂは変位量は大きく得
られるが、動作信頼性に劣り、比較量Ｃ、Ｉ）はその逆
で動作信頼性は優れているが、必要な変位■が得にくい
という欠点があることが明確になった。
第１図はこの発明の一実施例を示す圧電バイモルフの側
面図で、第２図、第３図は本発明品と比較量との時間と
変位量を示すグラフである。 １．２・・・圧電素子、３・・・金属電極板、４ 、４
，５゜５′・・・導電層、６・・・直流電源、７・・・
支持台。 特 許 出願 人 立石電機株式会社 代理 人弁理士 青白 葆ほか２名
面図で、第２図、第３図は本発明品と比較量との時間と
変位量を示すグラフである。 １．２・・・圧電素子、３・・・金属電極板、４ 、４
，５゜５′・・・導電層、６・・・直流電源、７・・・
支持台。 特 許 出願 人 立石電機株式会社 代理 人弁理士 青白 葆ほか２名
Claims (1)
- （１）導電層を付着した厚みおよび抗電界特性の異なる
圧電素子を少なくとも２枚以上貼り合わせて構成したこ
とを特徴とする圧電バイモルフ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57173570A JPS5961976A (ja) | 1982-10-01 | 1982-10-01 | 圧電バイモルフ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57173570A JPS5961976A (ja) | 1982-10-01 | 1982-10-01 | 圧電バイモルフ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5961976A true JPS5961976A (ja) | 1984-04-09 |
Family
ID=15963005
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57173570A Pending JPS5961976A (ja) | 1982-10-01 | 1982-10-01 | 圧電バイモルフ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5961976A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090069830A1 (en) * | 2007-06-07 | 2009-03-12 | Piezo Resonance Innovations, Inc. | Eye surgical tool |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5698503A (en) * | 1980-01-10 | 1981-08-08 | Nissan Motor Co Ltd | Structure for coupling metal impeller and ceramic shaft |
| JPS5793606A (en) * | 1980-12-02 | 1982-06-10 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Impeller and manufacturing method thereof |
-
1982
- 1982-10-01 JP JP57173570A patent/JPS5961976A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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