JPS61108182A - 積層形圧電素子装置とその使用方法 - Google Patents
積層形圧電素子装置とその使用方法Info
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- JPS61108182A JPS61108182A JP59229016A JP22901684A JPS61108182A JP S61108182 A JPS61108182 A JP S61108182A JP 59229016 A JP59229016 A JP 59229016A JP 22901684 A JP22901684 A JP 22901684A JP S61108182 A JPS61108182 A JP S61108182A
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
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Landscapes
- 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】
〔発明の技術分野〕
本発明は、電気エネルギを機械エネルギに変換する圧電
素子を複数段積層してなる積層形圧電素子装置およびそ
の使用方法に関する。
素子を複数段積層してなる積層形圧電素子装置およびそ
の使用方法に関する。
積層形圧電素子は、電気−機械変換によるアクチュエー
タとして高精密を要する機構等、さ壕ざまな分野に応用
されている。
タとして高精密を要する機構等、さ壕ざまな分野に応用
されている。
第８図は、従来の並列型バイモルフによる積層形圧電素
子装置の斜視図を示したものであり、通常、大きい変位
量を得るために圧電素子】０，１□、１３・・・の各１
枚の厚さを極力薄クシ、ここでは６枚の場合を示したが
、実用的には１０〜２０枚積層されている。また、圧電
素子の変位量は電界強度に比例していることから、第９
図に示すように、圧電素子に印加する電圧を比較的高く
て使用することが多い。しかし、このことは、圧電素子
自身の絶縁破壊あるいは圧電素子の電極間に放電を起こ
しやすくなる。
子装置の斜視図を示したものであり、通常、大きい変位
量を得るために圧電素子】０，１□、１３・・・の各１
枚の厚さを極力薄クシ、ここでは６枚の場合を示したが
、実用的には１０〜２０枚積層されている。また、圧電
素子の変位量は電界強度に比例していることから、第９
図に示すように、圧電素子に印加する電圧を比較的高く
て使用することが多い。しかし、このことは、圧電素子
自身の絶縁破壊あるいは圧電素子の電極間に放電を起こ
しやすくなる。
従来このような積層形圧電素子装置においては。
例えば、圧電素子１１の部分が絶縁破壊を起こした６１
、この電圧印加回路６】に接続されている丸圧電故に電
源２は所定の出力電圧を供給することができず従って、
積層された圧電素子の全てにおける変位の機能は失われ
る。すなわち、積層された素子のその一部分のみが絶縁
破壊等による短絡状態を起こしても、積層形素子のアク
チュエータとしての機能を全て失ってしまうという問題
点があった。
、この電圧印加回路６】に接続されている丸圧電故に電
源２は所定の出力電圧を供給することができず従って、
積層された圧電素子の全てにおける変位の機能は失われ
る。すなわち、積層された素子のその一部分のみが絶縁
破壊等による短絡状態を起こしても、積層形素子のアク
チュエータとしての機能を全て失ってしまうという問題
点があった。
本発明の目的は、前記の従来例のように、積層形圧電素
子の、その一部分の素子が絶縁破壊等の短絡状態を起こ
しても、他の積層素子についてはそのままアクチュエー
タとして働かせることを可能にした積層形圧電素子装置
およびその使用方法を提供することにある。
子の、その一部分の素子が絶縁破壊等の短絡状態を起こ
しても、他の積層素子についてはそのままアクチュエー
タとして働かせることを可能にした積層形圧電素子装置
およびその使用方法を提供することにある。
本発明は、両面に電極を有する圧電素子を複数積層した
積層形圧電素子と、前記圧電素子の各々の電極間に電圧
を印加する電圧印加回路と、この電圧印加回路の各々並
列接続した電源回路とを具備したものにおいて、前記電
圧印加回路のうち少なくともひとつの回路に流れる電流
が、当該電圧印加回路に接続されている圧電素子が破壊
短絡時に過大電流が流れた時に当該電圧印加回路に流れ
る電流をしゃ断する機能を有する回路しゃ断手段を当該
電流路内に設けてなる積層形圧電素子装置および両面に
電極を有する圧電素子を複数積層した積層形圧電素子と
、前記圧電素子の各々の電極間に電圧を印加する電圧印
加回路と、この電圧印加回路の各々を並列接続した電源
回路とを具備したものにおいて、前記電圧印加回路のう
ち少々くともひとつの回路に流れる電流が、当該電圧印
加回路に接続されている圧電素子が破壊短絡時に過大電
流が流れた時に当該電圧印加回路に流れる電流のみをし
ゃ断したまま使用する積層形圧電素子装置の使用方法で
ある。
積層形圧電素子と、前記圧電素子の各々の電極間に電圧
を印加する電圧印加回路と、この電圧印加回路の各々並
列接続した電源回路とを具備したものにおいて、前記電
圧印加回路のうち少なくともひとつの回路に流れる電流
が、当該電圧印加回路に接続されている圧電素子が破壊
短絡時に過大電流が流れた時に当該電圧印加回路に流れ
る電流をしゃ断する機能を有する回路しゃ断手段を当該
電流路内に設けてなる積層形圧電素子装置および両面に
電極を有する圧電素子を複数積層した積層形圧電素子と
、前記圧電素子の各々の電極間に電圧を印加する電圧印
加回路と、この電圧印加回路の各々を並列接続した電源
回路とを具備したものにおいて、前記電圧印加回路のう
ち少々くともひとつの回路に流れる電流が、当該電圧印
加回路に接続されている圧電素子が破壊短絡時に過大電
流が流れた時に当該電圧印加回路に流れる電流のみをし
ゃ断したまま使用する積層形圧電素子装置の使用方法で
ある。
特に、積層形圧電素子としては並列型バイモルフが好ま
しい、゛また、回路しゃ断手段としては、電圧印加回路
内に当該回路に流れる電流によって当該回路に流れる電
流をしゃ断する回路しゃ新素子を挿入すれば良く特にこ
の回路しゃ新素子として溶断ヒューズが好ましく、との
溶断ヒユーズとしてはポリシリコン製溶断ヒユーズが好
ましい。
しい、゛また、回路しゃ断手段としては、電圧印加回路
内に当該回路に流れる電流によって当該回路に流れる電
流をしゃ断する回路しゃ新素子を挿入すれば良く特にこ
の回路しゃ新素子として溶断ヒューズが好ましく、との
溶断ヒユーズとしてはポリシリコン製溶断ヒユーズが好
ましい。
さらにまた、回路しゃ断手段としては、圧電素子の積層
方向に沿って配置した絶縁板と、この絶縁板の表面に設
けた電源回路部とこの電源回路部と接続し当該する圧電
素子に対応するヒユーズ部とこのヒユーズ部を介して前
記圧電素子に接続した電圧印加回路部とを有する回路パ
ターンとで構成しても良く、特に絶縁板をガラス板とし
た積層形圧電素子装置である。
方向に沿って配置した絶縁板と、この絶縁板の表面に設
けた電源回路部とこの電源回路部と接続し当該する圧電
素子に対応するヒユーズ部とこのヒユーズ部を介して前
記圧電素子に接続した電圧印加回路部とを有する回路パ
ターンとで構成しても良く、特に絶縁板をガラス板とし
た積層形圧電素子装置である。
さらに塘た５回路しゃ新素子を、同極性を向合せて交互
に配置した圧電素子の電極に接続された電圧印加回路の
電極数の多い方の回路内に設けるか、電極数の少ない方
の回路内に設けた積層形圧電素子装置である。
に配置した圧電素子の電極に接続された電圧印加回路の
電極数の多い方の回路内に設けるか、電極数の少ない方
の回路内に設けた積層形圧電素子装置である。
本発明によれば、圧電素子が絶縁破壊等を生じた時の出
力短絡による印加電圧信号源の保護とともに、積層形圧
電素子の一部分が絶縁破壊のようなことが生じても、そ
の素子を除いては、全て正常に働かせることができるこ
とがら、例えば、交換作業が困難な場所、特に真空チャ
ンバー内における高精密の機構にアクチュエータとして
組込んだ場合にその効果は非常に大であり、装置の信頼
性を向上することができる。
力短絡による印加電圧信号源の保護とともに、積層形圧
電素子の一部分が絶縁破壊のようなことが生じても、そ
の素子を除いては、全て正常に働かせることができるこ
とがら、例えば、交換作業が困難な場所、特に真空チャ
ンバー内における高精密の機構にアクチュエータとして
組込んだ場合にその効果は非常に大であり、装置の信頼
性を向上することができる。
第１図は本発明の一実施例を示す積層形圧電素子装蓋の
斜視図である。この積層形圧電素子装置は複数枚の圧電
素子７１〜７６、ラミ極８１〜８７で狭んで積層し、全
体を接着剤で固め、塔状とし両端に電源回路９１．９２
を構成する電源端子１０１，１０２を設け、電極８１〜
８７に形成された耳部１１．〜１１７にはプリント板１
２．１３ （ただしプリント板１３は第３図に示すよう
に戊対側に設けられている。）が設けられて構成されて
いる。面、電源端子１０１，１０２の中心部に設けられ
た突出部１４はこの圧電素子構成体１５を他の部分に取
シ付ける取付ネジ部であり、その裏面には絶縁板１６が
電極８１との間に介在するように設けられている。
斜視図である。この積層形圧電素子装置は複数枚の圧電
素子７１〜７６、ラミ極８１〜８７で狭んで積層し、全
体を接着剤で固め、塔状とし両端に電源回路９１．９２
を構成する電源端子１０１，１０２を設け、電極８１〜
８７に形成された耳部１１．〜１１７にはプリント板１
２．１３ （ただしプリント板１３は第３図に示すよう
に戊対側に設けられている。）が設けられて構成されて
いる。面、電源端子１０１，１０２の中心部に設けられ
た突出部１４はこの圧電素子構成体１５を他の部分に取
シ付ける取付ネジ部であり、その裏面には絶縁板１６が
電極８１との間に介在するように設けられている。
プリント板１２は、第２図乃至第４図に示すように、電
源回路を構成する導電部１７２とポリシリコン膜１８１
〜１８４と電圧印加回路を構成する導電部１９１．１９
４とが電極８．８ａ ｓｓ ８７の耳部１１１１１３１
１５１１７に係合する切り込み部２０１−．，２０４を
設けたガラス２１にバタン化されて設けられている。こ
のポリシリコン膜１８１〜１８４は１例えば、圧電素子
７１に過大々電流が流れたとすると、その回路電流がし
ゃ断されるように構成されている。すなわち電源回路１
７戊圧印加回路１９π電素子７１１圧印加回路１９１う
しゃ断器１８１″ｐ電源回路１７２’電源の回路に過大
電流が流れて、ポリシリコン膜が溶断してこの回路がし
ゃ断される。この実施例では、しゃ断器をポリシリコン
の蒸着膜で構成しているが、溶断ヒユーズであれば良く
、例えば、鉛ヒユーズであっても良い。また、特にしゃ
断器を外部に設けることなく、圧電素子自体にしゃ断性
能を持たせたものであっても良い。 ゛ 電極８１〜８７は、それぞれ耳部１１１〜１１７全形成
してなる導電板で、一層おきに耳部が重らないように配
置されている。例えば、電極８３の耳部】１３は、その
裏側に耳部１１４が位置するように構成されている。こ
の裏側の耳部１１４には電極８４に電圧を印加する電源
回路と電圧印加回路とが設けられているプリント板１３
が設けられている。このプリント板１３は、対向して設
けられているプリント板１２と同様のものであるが、ポ
リシリコン膜は設けられていない構成となっている。
源回路を構成する導電部１７２とポリシリコン膜１８１
〜１８４と電圧印加回路を構成する導電部１９１．１９
４とが電極８．８ａ ｓｓ ８７の耳部１１１１１３１
１５１１７に係合する切り込み部２０１−．，２０４を
設けたガラス２１にバタン化されて設けられている。こ
のポリシリコン膜１８１〜１８４は１例えば、圧電素子
７１に過大々電流が流れたとすると、その回路電流がし
ゃ断されるように構成されている。すなわち電源回路１
７戊圧印加回路１９π電素子７１１圧印加回路１９１う
しゃ断器１８１″ｐ電源回路１７２’電源の回路に過大
電流が流れて、ポリシリコン膜が溶断してこの回路がし
ゃ断される。この実施例では、しゃ断器をポリシリコン
の蒸着膜で構成しているが、溶断ヒユーズであれば良く
、例えば、鉛ヒユーズであっても良い。また、特にしゃ
断器を外部に設けることなく、圧電素子自体にしゃ断性
能を持たせたものであっても良い。 ゛ 電極８１〜８７は、それぞれ耳部１１１〜１１７全形成
してなる導電板で、一層おきに耳部が重らないように配
置されている。例えば、電極８３の耳部】１３は、その
裏側に耳部１１４が位置するように構成されている。こ
の裏側の耳部１１４には電極８４に電圧を印加する電源
回路と電圧印加回路とが設けられているプリント板１３
が設けられている。このプリント板１３は、対向して設
けられているプリント板１２と同様のものであるが、ポ
リシリコン膜は設けられていない構成となっている。
プリント板１２（プリント板１３も同様）と電極８１，
８３，８５．８７との耳部１１１，１１３，１１４，１
１７との係合部は、第４図に示すように、切り込み２０
１〜２０４の部分でロー付け２２され、電気的に結合さ
れている。
８３，８５．８７との耳部１１１，１１３，１１４，１
１７との係合部は、第４図に示すように、切り込み２０
１〜２０４の部分でロー付け２２され、電気的に結合さ
れている。
次に、このように構成されている積層形圧電素子装置の
動作を第５図に示して説明する。
動作を第５図に示して説明する。
第５ＭＨｆ、並列型バイモルフによる積層形圧電素子装
置の一声］を示した回路図で、図のように並列型バイモ
ルフの圧電素子７１〜７６の各々の両端面の′電極８１
〜８７には各々電圧印加回路部１９の電圧印加回路１９
１〜１９７が接続されてお９、電圧印加回路１９１〜１
９４！ｊｌｌＩには電源口１７２との間に各々しゃ断器
１８１〜１８４が挿入されている。他方電圧印加回路１
９５〜１９７側は直接電源回路１７１に接続されている
。
置の一声］を示した回路図で、図のように並列型バイモ
ルフの圧電素子７１〜７６の各々の両端面の′電極８１
〜８７には各々電圧印加回路部１９の電圧印加回路１９
１〜１９７が接続されてお９、電圧印加回路１９１〜１
９４！ｊｌｌＩには電源口１７２との間に各々しゃ断器
１８１〜１８４が挿入されている。他方電圧印加回路１
９５〜１９７側は直接電源回路１７１に接続されている
。
すなわち、電源２３からの電圧は各々の圧電素子７１〜
７６の電極面に印加させることによって、圧電素子の電
気−機械変換を行なうのである。
７６の電極面に印加させることによって、圧電素子の電
気−機械変換を行なうのである。
ここで、このように構成された積層形圧電素子装置は１
例えば、積層された一部分の圧電素子７１が何んらかの
理由で絶縁破壊を起したとすると、電源２３が短絡され
た形になり、電圧印加回路・１９１１９５には異常電流
２４が流れる。この異常電流がしゃ断器１８１にしゃ断
するに充分な電流である場合には、ただちに、この電圧
印加回路１９１゜１９５はしゃ断器１８１の溶断でしゃ
断される。すなわち、このしゃ断器１８１のしゃ断で電
源２３に過大な負荷がかからず、その出力機能を保護す
るのである。しかも他の圧電素子７２〜７６は定常状態
の電圧が印加されており、圧電素子７１が不動となって
も全体的にはその機能を停止することなく、他の積層素
子はそのままアクチュエータとしての機能を保ちつづけ
ることができる。
例えば、積層された一部分の圧電素子７１が何んらかの
理由で絶縁破壊を起したとすると、電源２３が短絡され
た形になり、電圧印加回路・１９１１９５には異常電流
２４が流れる。この異常電流がしゃ断器１８１にしゃ断
するに充分な電流である場合には、ただちに、この電圧
印加回路１９１゜１９５はしゃ断器１８１の溶断でしゃ
断される。すなわち、このしゃ断器１８１のしゃ断で電
源２３に過大な負荷がかからず、その出力機能を保護す
るのである。しかも他の圧電素子７２〜７６は定常状態
の電圧が印加されており、圧電素子７１が不動となって
も全体的にはその機能を停止することなく、他の積層素
子はそのままアクチュエータとしての機能を保ちつづけ
ることができる。
尚、第５図に示した回路構成では、電圧印加回路１９の
数の多い方にしゃ断器１８を設けることにより破壊素子
のみをしゃ断できるようにしたが、第６図に示すように
、電圧印加回路１９の数の少い方にしゃ断器１８を設け
ることによってしゃ断器１８の数を少なくでき、簡単な
構成とすることができる。いずれもアクチュエータとし
ての機能の低下を最小限とすることができる。
数の多い方にしゃ断器１８を設けることにより破壊素子
のみをしゃ断できるようにしたが、第６図に示すように
、電圧印加回路１９の数の少い方にしゃ断器１８を設け
ることによってしゃ断器１８の数を少なくでき、簡単な
構成とすることができる。いずれもアクチュエータとし
ての機能の低下を最小限とすることができる。
第１図は本発明の実施例を示す斜視図、第２図は本発明
の要部を示す斜視図、第３図は電極部を示す断面図、第
４図はプリント板と電極との係合部を示す部分断面斜視
図、第５図および第６図は本発明の実施例の回路図、第
７図は従来の装置の斜視図、第８図は従来装置の回路図
である。 ７・・・圧電素子、８・・・電極、１７・・・電源回路
、１８・・しゃ断器、１９・・・電圧印加回路、２３−
電源。 代理人 弁理士 則近憲佑（ほか１名）Ｑ渇
−４５： 第７図 第８図
の要部を示す斜視図、第３図は電極部を示す断面図、第
４図はプリント板と電極との係合部を示す部分断面斜視
図、第５図および第６図は本発明の実施例の回路図、第
７図は従来の装置の斜視図、第８図は従来装置の回路図
である。 ７・・・圧電素子、８・・・電極、１７・・・電源回路
、１８・・しゃ断器、１９・・・電圧印加回路、２３−
電源。 代理人 弁理士 則近憲佑（ほか１名）Ｑ渇
−４５： 第７図 第８図
Claims (10)
- （１）両面に電極を有する圧電素子を複数積層した積層
形圧電素子と、前記圧電素子の各々の電極間に電圧を印
加する電圧印加回路と、この電圧印加回路の各々を並列
接続した電源回路とを具備したものにおいて、前記電圧
印加回路のうち少なくともひとつの回路に流れる電流が
、当該電圧印加回路に接続されている圧電素子が破壊短
絡時に過大電流が流れた時に当該電圧印加回路に流れる
電流をしや断する機能を有する回路しや断手段を当該電
流路内に設けたことを特徴とする積層形圧電素子装置。 - （２）積層形圧電素子を並列型バイモルフとしたことを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の積層形圧電素子
装置。 - （３）回路しや断手段を電圧印加回路内に挿入して当該
回路に流れる電流によって当該回路をしや断する回路し
や断素子としたことを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の積層形圧電素子装置。 - （４）回路しや断素子を溶断ヒューズとしたことを特徴
とする特許請求の範囲第３項記載の積層形圧電素子装置
。 - （５）溶断ヒューズをポリシリコン製溶断ヒューズとし
たことを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の積層形
圧電素子装置。 - （６）回路しや断手段を圧電素子の積層方向に沿って配
置した絶縁板と、この絶縁板の表面に設けた電源回路部
とこの電源回路部と接続し、当該する圧電素子に対応す
るヒューズ部とこのヒューズ部を介して前記圧電素子に
接続した電圧印加回路部とを有する回路パターンとで構
成したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の積
層形圧電素子装置。 - （７）絶縁板をガラス板としたことを特徴とする特徴と
する特許請求の範囲第６項記載の積層形圧電素子装置。 - （８）同極性を向合せて交互に配置した圧電素子の電極
に接続された電圧印加回路の電極数の多い方の回路内に
回路しや断手段を設けたことを特徴とする特許請求の範
囲第２項記載の積層形圧電素子装置。 - （９）同極性を向合せて交互に配置した圧電素子の電極
に接続された電圧印加回路の電極数の少ない方の回路内
に回路しや断手段を設けたことを特徴とする特許請求の
範囲第２項記載の積層形圧電素子装置。 - （１０）両面に電極を有する圧電素子を複数積層した積
層形圧電素子と、前記圧電素子の各々の電極間に電圧を
印加する電圧印加回路と、この電圧印加回路の各々を並
列接続した電源回路とを具備したものにおいて、前記電
圧印加回路のうち少なくともひとつの回路に流れる電流
が、当該電圧印加回路に接続されている圧電素子が破壊
短絡時に過大電流が流れた時に当該電圧印加回路に流れ
る電流のみをしや断してそのまま使用することを特徴と
する積層形圧電素子の使用方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59229016A JPS61108182A (ja) | 1984-11-01 | 1984-11-01 | 積層形圧電素子装置とその使用方法 |
| US06/733,913 US4641052A (en) | 1984-11-01 | 1985-05-14 | Input circuit for a stacked type piezo-electric element device |
| EP85106590A EP0179978B1 (en) | 1984-11-01 | 1985-05-29 | Stacked type piezo-electric device and method of its use |
| DE8585106590T DE3576247D1 (de) | 1984-11-01 | 1985-05-29 | Piezoelektrische vorrichtung des aufgestapelten typs und anwendungsverfahren. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59229016A JPS61108182A (ja) | 1984-11-01 | 1984-11-01 | 積層形圧電素子装置とその使用方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61108182A true JPS61108182A (ja) | 1986-05-26 |
Family
ID=16885433
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59229016A Pending JPS61108182A (ja) | 1984-11-01 | 1984-11-01 | 積層形圧電素子装置とその使用方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4641052A (ja) |
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| JP (1) | JPS61108182A (ja) |
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- 1985-05-29 DE DE8585106590T patent/DE3576247D1/de not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Publication date |
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| EP0179978A2 (en) | 1986-05-07 |
| EP0179978A3 (en) | 1988-08-10 |
| US4641052A (en) | 1987-02-03 |
| DE3576247D1 (de) | 1990-04-05 |
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