JPS6098692A - 直流駆動バイモルフ振動子 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、直ＪＡＣ電々；（により駆動されるバイモル
フ振動ｒ−に関する。

光路制御装置（チョンパ）、その他の用途にバイモルフ
振動子の使用が提案されている。一般に、バイモルフは
それぞれ選択された表面りに電極をイｊする２枚の圧゛
屯１吹を、積層接着し、−力の圧’１１ｉ：　ｌｌＩ２
が圧′屯効果により伸長したとき、イ１１１方か収縮す
るように結線されたものを云うか、より広義には、勃願
閉５８−８４．９４５号の明１則、Ｉ：ならびに１図面
で小才ような一連の積層構造のものを含めて、高分子あ
るいはセラミンクからなるハ：　’＋＋２１ｊ？、ｊを
・層または゛一層以七とする少なくとも一層のンル１１
り体を接合し、１１．つ前記のＩｆ電説の・層または二
層以］、を杖持し、これにミノＬを印加する形態で電極
（１１ら））を配置してなるＩＩｆ　Ｉｌｉ　＋ｌ：　
Ｊ１１ｉ１１ノ１’１漬体を指すものとして冗′義され
る。

このようなバイモルフを、振動ｒとして川Ｕ゛るには、
従来、その電極に交流電圧を印加することにより個々の
圧電体膜の伸縮特性を逆転させ、その結果バイモルフの
往復振動を生み出してきた。

しかしながら、このようなバイモルフ振動子の交流駆動
には一つの問題点がある。すなわち、効・ｆＡ的なバイ
モルフの振動を生み出すためには、交流電源の周波数を
、バイモルフ振動子の寸法、１（り厚等に依イアする共
振周波数に適合したものとする必要があり、電源周波数
がバイモルフの共振周波かられずかでもずれると、電気
−機械俊換効率が治しく低ドし、望ましい振動が得られ
なくなる。したがって、バイモルフ振動子の交流駆動の
ためには、晶い精度で共振周波数を選択可能とすぺく、
高価なコンバータの使用が８凹となり、これがパ・ｆモ
ルフ振動子の利用を」１害してきた一つの理由である。

本発明の主安な１１的は、上述した交１１ｆｆｔ駆動に
伴なう問題かなく、継続的な振動を生み出すことのｉｉ
１能な直流駆動のバイモルフ振動子を提供することにあ
る。

１１’ｌ流゛屯源の使用により、バイモルフのイ１復振
動を生み出すためには１例えば第１図に示すような描成
を採用することが考えられる。　すなわち、第１（図に
おいてバイモルフは、Ｉｌいに逆方向に分極された（分
極方向を矢印で小才）２枚の圧電＋１ｑ２ａ、２ｂを貼
１１Ｌ、−ＩＩの外１（１０し極３ａ、３ｂにより秋壬
、５せしめてなる構造をイ１する。−力の外面電極３ｂ
は電々；Ｉ４の負極に接続され、他力の外面電極３ａに
対向して、これと接ｆ！’Ｊｌｉ　”ｆ能に接ｆｉＩｌ
ｊ端ｒ５か配置され、これはスイチ６を介して直揄電初
；！４の電極に接続されている。また、この）へイモル
フ１は、電圧の無印加１１１において、その外面電極３
ａか接触端ｆ−５と接触するように、配置１／１されて
いる。したかって、この状態でスイッチロを閉にすると
、圧゛ｔｌｉ体膜２ａか伸び、２ｂが縮む１１．圧かＩ
ｈ１１され、第１図に点線で小才ような変形か起る。ま
た、これと同１１１Ｉに外向型Ｊ−ｉｉ３ａと接触端−
ｒ５とか分如し、このため、−１１０、第１図の点線の
ごとく変形したバイモルフ１は、その禅Ｎ’１．弾１′
１により、１１）ひ第１図の゛に線の位置に戻り、出ひ
′電圧が印加されることにより振動力＜　１８．　ｋ；
シされると１【ｊ１ｔｌノされる。

しかしなから、本発明者らの実験【こよれＣよ、１゜茜
のような期マｌｊは見・１１に裏切られ、継ｈ′シｒ白
な／ヘイモルフの振動は１１ノられなかった。　未発Ｉ
ＪＩ　Ａらの検、１・口こよれば、その原因は、直流’
ｌｈ　ａ　４　’こより力１１えられた゛電圧が、／ヘ
イモルフの望ましｌ／Ｘ変」しを起すだけでなく、木質
的に誘電体である圧゛重体１１シ〜の静′１Ｆ気の蓄積
を起すためであること力”　Ｓ”ｒ　ｊｌ’ｌされた。

すなわち、この蓄積した静電気により１寝触端子５への
外面電極３ａの再度の接触力１妨（ｆられ。

このためバイモルフの継続的な振動力＜　’ｌｊられな
くなる。

本発明者らは上述の認識のもとに、ｌｌ’ｌ’、　ＪＡ
１′、’＋ｌｉ：　！：ｊ　）こより−′ｊえられるバ
イモルフ振動用１ｉＩＩ内でａ；　Ｊｓ’ｒ　した静゛
屯気を放出させれば、上記力式に従ってｌｌ’１．−　
ＩＭ　ＩＩｉご：ｔによるバイモルフの継続的な振動力
’；　ＩＩ丁ｆ七であることを確認して本発明に到達し
た。

すなわち、未発１！１１の直疏、駆動／＼イモルフ４紋
りＪ（は、直流型０：（と、〕へイモルフ振動ｎ＝と力
＼もなり、該バイモルフ振動体かその振動の一位１１′
つにおいて。

前記直流’ｌｌｊ：源より駆動゛市江を印加され、他の
（：、置において県ｔＪｊ’ｉした静電気を放出するよ
うに構成したことを特徴とするものである。　また、よ
り共体的な構成において、本発明のｌｌ′Ｉ流駆動バイ
モルフ振動ｒ−は、第１および第２の極を看する直流型
１：（と、ｌ！、いに導通された第１および第２の外面
電極と前記＋＋’ｌ流電沖の第２の電極電極に接続され
る内層電極とをイｆするバイモルフ振動体と、前記直流
’ＩＭ源の第１の極と接続Ｓれ旧つ前記／＜イモルフ振
動体の第１の外面電極と対向しこれと接触１１丁能に配
置された第１の接触端ｒと、前記バイモルフ振動体の第
２の外面電極と対向しこれと接触ｉ４能に配置ｉ７ｉさ
れた第２の接触端子とからなり；　ｒｉｉｉ記バイモル
フ振動体は、そのイｌ路振動イ＼“ｌ置においてＥｒ＋
１の接触端ｒと接触してｉｌ’ｌ流電々；ｔから駆動電
圧を印加され、復路振動位置において第２の接触端ｒ−
と接触して蓄積した静電気を放出するように構成される
。

以下１本発明のバイモルフ振動ｒを、その実施例につい
て更に詳細に説明する。

第２図は、第１図に対応して小才本発明の／＼イモルフ
振動子の一実施例の模式側面図である。すなわち、バイ
モルフ１１はＩ（−いに回一方向に分極された２枚の圧
’ｉｌｊ　ＩＩＡ　１２　ａ、１．２　ｂを、中間゛、
ｔ、：　ａ＋１３ｃを介して接合し、ｆ１゛いに導線ｊ
７によりｊｊ４通仕しめた一対の外面電極１３ａ、１３
ｂにより１人Ｉ′１せしめてなる４１１’＋造を４１す
る。／Ｘイモル］１１の外面電極１３ａに対向し珪つこ
れと接ｆｉｌ　１１丁能で’１１ｉ　１Ｅ非印加＋１！
Ｆには接触するように接触端ｒ１５ａか配置され、この
接触端子１５ａはスイッチ１６を介して直流電源１４の
ＩＩ：、極に接続される。−力、バイモルフ１１の中間
電極１．３　ｃは、的ＪＡｔ　’１１ｉ、８’Ａ１４の
負極に接続される。また、バイモルフ１１の他力の外面
電極１３ｂに対向し且つこれと接離１１丁能に接触端子
１５ｂが配置され、この例においては、この接触端子１
５ｂは直流電源１４の負極に接続されている。

第２図に図示のバイモルフ振動子の動作は、ノ１（人的
には第１図に図示のものと類似する。すなわち１バイモ
ルフ１１は、電圧非印加１１１）において、その外面電
極１３ａが接触端子１５ａと接触するように配置（ある
いは成形により「〈せ伺け」）されている。　この状１
几でスイッチ１６を「閉」にすると、ｌ！いに導通して
いる外Ｉ（＋Ｆ市、極１３ａおよび１３ｂと、中間電極
１３ｃとの間に、圧電体１１Ａ　］、　２　ａが伸ひ、
１２ｂが＆Ｉｉｉむ’ｌｌＩ：月、が印加され、第２図
に点線で小すような変形が起る。これと同１１１１に外
面電極１３ａが接触端／−１５ａから分即し、逆に外Ｉ
ｒ１ド電極１３ｂか接触端子１５ｂと接触する。これに
より、バイモルフ１１に蓄ＪＪ７　した静電気か除かれ
、バイモルフ１１は自己の剛性、りｒ性により、第２図
の実線の位置に１にす、ｉｌｌひ電ハ：が印加されるこ
とにより振動が継ｂ′ｄする。

接（’Ｉ！ｌ！ｂ：ｉＡ　−ｒ−１５ａ　、１５　ｂと
接触する外面電極１．３ａ、１３ｂの部位は、その旧質
、形状等によっては、接触をｌＴｉねるたびに徐々に摩
耗を生することがある。このような場合には、バイモル
フ振動ｆ１．に、外面庫：極とは導通ずるように配置さ
れた１１１）ｌｊ″を耗＋１材料よりなる被接触部（＋
’７を設けることか望ましい。

接触端子１５ｂは、７Ｆいに導通している表面′１ｈ。

極１３ａおよび１３ｂ側に正電圧が印加されてバイモル
フ１１に蓄積された静電気（換Ｚ−すれば、［圧電体１
１Ａ　ｌ　２　ａおよびｌ　２　ｂ　４．：生じた分極
」）を除去するために必要とされるものである。したか
って、この接触端子１５ｂは、静電気の除去か１１丁能
な限りにおいて、上記例のように、直流電源１４の負極
に接続されている必要はなく、単にアースされているだ
けでもよい。しかしながら、直流電源駆動とすることの
目的の一つとして、小型化ならひに４５’；　’＋３’
　”ｒ能化があるので、第２１図のように、駆動用直揄
電源自体の一極に接続されていることがより好ましい。

第３１閾は、本発明のバイモルフ振動子の他の実施例を
示すものである。この例の振動子は、第２図の例の１４
に相出する直流電源１．４　ａに加えて、除電側接触端
子１５ｂと中間型ｇ　１３　ｃ間にも１’、ｌ流電源１
４ｂが使用されている点のみにおいて第２図の例と異な
る。したがって、接触端子１５ｂと接触したバイモルフ
１１の表面電極１３ａ、１３ｂは、第２図の例のように
＋Ｅ帯電を除かれるだけでなく負電位をり−えられる。

したがってバイモルフ１１は、その後、バイモルフ自体
の弾着により接触端子１５ａ側に戻るだけでなく、圧電
体ＩＩ！ｌ！１２ｂが伸長し、１２ａが収縮する変形を
も受けて、より強力な振動が与えられる。

１、記した第２図および第３図のいずれの例においても
バイモルフ１１の振動の周波数は、バイモルフ１１の長
さ、厚さく剛性）、バイモルフに印加される’ｌｌｉ圧
、接触端子１５ａ−１５ｂ間の距敲“９・を変化させる
ことにより、例えば０．１Ｈｚ〜２０　Ｋ　Ｈｚ　Ｊ”
Ｉ：　Ｉ＾の範囲では充分に調１’ｆｉ　ｕ（能である
。また、１−記の例においては、バイモルフのＪｊ’１
層４？ｌ　造としては最も簡ｒａｔなものを例示したが
、中間電極の数が変化する等の若干の変更により、最も
広迄な意味でのバイモルフに包含されるほとんどの積層
形ｆｆｚこのバイモルフについても本発明は適用可能で
ある。圧電体としてはセラミンク圧電体も用いられるが
、より好ましくは、比較的小さい電気的入力で大きな機
械的変形が１１１られるポリフッ化ビニリデン等の高分
子圧電体が用いられる。

上述したように本発明によれば、簡単な構成の直流駆動
バイモルフ振動子が与えられ、通常の交流駆動バイモル
フ振動子のように、高価なコンバータを用いて共振周波
数の文論入力を与える必要がなくなる。またバイモルフ
の駆動に８波とされる１０〜２００Ｖ程度の電圧を得る
ためにも、電池の直列接続、あるいは共振層゛赫数の制
約を放れて簡単なりＡ変換→増幅→ＡＤ変換の構成がＩ
］ｆ能となる。したがって、本発明によれば簡単な電池
駆動のバイモルフ振動子が提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図は般も基本的な構成と考えられる直流駆動バイモ
ルフ振動子の模式側断面図、第２図および第３図は、そ
れぞれ本発明の実施例にかかる直流駆動バイモルフ振動
子の模式側断面図である。 ｌ、１１＠−拳パイモルフ ２ａ、２ｂ、１２ａ、１２ｂ−・・圧電体３ａ、３ｂ、
１３ａ、１３ｂ−−−表面電極１３ｃ・・・中間電極 ４．１４，１４ａ、１４ｂ−＝直流電源５．１５ａ、１
５ｂ・・・接触端ｆ− ６，１６・・・スイッチ １７・・・導線

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　直流電源と、バイモルフ振動体とからなり、該／
   ベイモルフ振動体がその振動の一位置において前記ＩＩ
   ’！流電源より駆動電圧を印加され、他の位置において
   蓄積した静電気を放出するように構成したことを特徴と
   する直流駆動バイモルフ振動ｆ−０ ２、第１および第２の極を有するｌｌ’ｌ流電？Ｘと、
   　１１いに導通された第１および第２の外面電極と前記
   直流電源の第２の極に接続される内層市；極とをイ１す
   るバイモルフ振動体と、前記的１１１１　’ｌｅ　鯨の
   第１の極と接続され＋１つ前記バイモルフ振動体の第１
   の外面’＋ｈ　＄４と対向しこれと接触１１丁能に配置
   ｊ／１された第１の接触端子と、前記バイモルフ振動体
   の第２の外面電極と対向しこれと接触可能に配置された
   第２の接触端子とからなり一前記バイモルフ振動体は、
   その往路振動位置におい−ＣイＳｉの接触端子と姿触し
   て直流電源から駆動電圧を印加され。 復路振動位置において第２の接触端子と接触して蓄積し
   た静電気を放出するように構成したことを４１ｆ徴とす
   る特許請求の範囲第１項に記載のバイモルフ振動子。 ３、　前記第２の接触端子がアースされている特ｊ１’
   　請求の範囲第２項に記載のバイモルフ。 ４、　前記第２の接触端子が前記直流電源の第２の極と
   接続されている特許請求の範囲第２ダ１に記載のバイモ
   ルフ振動子。 ５、　同様に第１および第２の極を有する追加の直流電
   源が用いられ、前記バイモルフ振動体の内層電極が前記
   直流電源の第２の極に加えて１，１に追加の直流電源の
   第１の極と接続され、前記第２の接触端子が、該追加の
   直ｌＡＣ電源の第２の極と接わ“シされる特許請求の範
   囲第２項に記載のバイモルフ振動子。 ６、　前記バイモルフ振動体の第１の外面電極が、電圧
   無印加時において第１の接続端子と接触するように配置
   されている４′Ｆ訂請求の範囲第２　ｓｌ＋ないし第５
   イ１のいずれかに記載のバイモルフ振動ｒ−０