JPS61135368A - Piezoelectric actuator - Google Patents

Piezoelectric actuator

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JPS61135368A
JPS61135368A JP59254243A JP25424384A JPS61135368A JP S61135368 A JPS61135368 A JP S61135368A JP 59254243 A JP59254243 A JP 59254243A JP 25424384 A JP25424384 A JP 25424384A JP S61135368 A JPS61135368 A JP S61135368A
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polarization
thyristor
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    • H10N30/20Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
    • H10N30/204Piezoelectric 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
    • H10N30/2041Beam type
    • H10N30/2042Cantilevers, i.e. having one fixed end

Abstract

PURPOSE:To prevent an electrostrictive plate from deteriorating in its polarization by inserting a voltage limiter to a drive input circuit, and forming it with a pnpn element circuit which is turned ON by the prescribed voltage. CONSTITUTION:A piezoelectric actuator is composed of isogonic polarization type bimorph element 1, a drive input circuit 2, a polarization switching circuit 3, a constant-voltage circuit 4, a controller 5 and a DC power source 6. In this case, voltage limiters 21, 22 are provided, the other ends are commonly connected, connected to one input terminal A of the input circuit 2, and the connecting points of high resistors 23, 24 is connected to the other input terminal B of the input circuit 2. The circuits 21, 22 are formed by connecting in parallel Zener diodes 211, 221 with thyristors 212, 222 of pnpn element, a high voltage is applied to electrostrictive plates H1, H2 when the polarity of the applied voltage is switched, and then gradually lowered. Thus, strong generated force can be obtained at polarity switching time, and sufficient displacement can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はバイモルフ素子、特に同方向分極形バイモルフ
素子を用いた圧電アクチュエータに関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a piezoelectric actuator using a bimorph element, particularly a co-polarized bimorph element.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

近年、端末機器の小型化、軽量化の要求に伴い、電磁石
に替わる小型で効率の良いアクチュエータとしてバイモ
ルフ素子を利用したものが注目されている。
In recent years, with the demand for smaller and lighter terminal devices, bimorph elements using bimorph elements have been attracting attention as small and efficient actuators that can replace electromagnets.

バイモルフ素子は、ジルコン酸チタン酸鉛等の材料から
なる厚み方向に分極された電歪板を重ね合わせたもので
あり、一端を固定した状態で厚み方向に適当な電圧を印
加することにより電歪板を圧電横効果によって変形させ
自由端を変位させるものである。
A bimorph element is a stack of electrostrictive plates made of materials such as lead zirconate titanate that are polarized in the thickness direction, and is electrostrictive by applying an appropriate voltage in the thickness direction with one end fixed. The plate is deformed by piezoelectric transverse effect and the free end is displaced.

この種のアクチュエータは、第11図(イ)に示すよう
に電歪板H1,H2の分極方向く矢印Aの方向)が一致
している同方向分極形バイモルフ素子を用いたものと、
同図(ロ)に示すように電歪板H1,H2の分極方向(
矢印Bの方向)が互いに対向している対向分極形バイモ
ルフ素子を用いたものに大別される。
This type of actuator uses a bimorph element polarized in the same direction, in which the polarization directions of the electrostrictive plates H1 and H2 (direction of arrow A) coincide with each other, as shown in FIG. 11(A).
As shown in the figure (b), the polarization direction of the electrostrictive plates H1 and H2 (
They are broadly classified into those using oppositely polarized bimorph elements in which the directions (in the direction of arrow B) are opposite to each other.

この2つのタイプにおいて、低電圧゛で大きな変位を得
ようとすると場合には、電歪板H1,H2の双方に同時
に電圧が印加される同方向分極形バイモルフ素子を用い
たもの(第11図(イ))が有利である。
In these two types, if a large displacement is to be obtained with a low voltage, a co-polarized bimorph element is used in which a voltage is simultaneously applied to both electrostrictive plates H1 and H2 (see Fig. 11). (b)) is advantageous.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

しかし、第11図(イ)に示すような従来の駆動法の場
合、一方の電歪板には分極方向と同方向に、他方の電歪
板には分極方向と逆方向にそれぞれ電源電圧Eが加わる
ため、逆方向に電圧が印加された電歪板は減極すること
がある。
However, in the case of the conventional driving method as shown in FIG. As a result, an electrostrictive plate to which a voltage is applied in the opposite direction may be depolarized.

第12図は圧電アクチュエータを動作周波数2Hzで動
作させた時の電源電圧Eと変位量δとの関係を示した特
性図である。
FIG. 12 is a characteristic diagram showing the relationship between the power supply voltage E and the displacement amount δ when the piezoelectric actuator is operated at an operating frequency of 2 Hz.

同図において、破線で示した曲線Aは、第11図(イ)
に示すタイプの圧電アクチュエータに関するものである
。この圧電アクチュエータによれば、8OV程度で分極
が破壊され、変位量δは極端に低下する。
In the same figure, the curve A indicated by a broken line is shown in Fig. 11 (a).
The present invention relates to a piezoelectric actuator of the type shown in FIG. According to this piezoelectric actuator, the polarization is destroyed at about 8OV, and the displacement amount δ is extremely reduced.

この分極の破壊は分極と逆方向に過電圧が加わることに
よって生じるものであり、この圧電アクチュエータの場
合、電源電圧Eがそのまま電歪板H1,H2の逆分極方
向に印加されるので、使用しているバイモルフ素子の分
極破壊電圧Vpは8OVであることが判る。
This destruction of polarization occurs when an overvoltage is applied in the opposite direction to the polarization, and in the case of this piezoelectric actuator, the power supply voltage E is directly applied in the opposite polarization direction of the electrostrictive plates H1 and H2, so it cannot be used. It can be seen that the polarization breakdown voltage Vp of the bimorph element is 8OV.

また、バイモルフ素子に対する実用的な印加電圧は、分
極破壊電圧Vpの1/2〜1/3程度が限度であり、こ
の電圧を越えて使用すると分極が破壊されることはない
にしても分極の劣化が生じてくる。
In addition, the practical voltage applied to a bimorph element is limited to about 1/2 to 1/3 of the polarization breakdown voltage Vp, and if it is used at a voltage exceeding this voltage, the polarization will be reduced even if the polarization is not destroyed. Deterioration will occur.

すなわち、電歪板に分極方向とは逆方向の電圧を徐々に
上昇させながら印加すると、ある印加電圧から分極が減
極(劣化)し始めるものであり、このときの電圧値を分
極劣化電圧Vdと称する。
In other words, when a voltage in the opposite direction to the polarization direction is applied to the electrostrictive plate while gradually increasing, the polarization starts to depolarize (degrade) from a certain applied voltage, and the voltage value at this time is called the polarization deterioration voltage Vd. It is called.

第12図の曲線Aで示される特性を持つ圧電アクチュエ
ータの場合、使用しているバイモルフ素子の分極劣化電
圧Vdは3OV程度であり、分極劣化電圧Vdがそのま
ま圧電アクチュエータの電源電圧の限界となるため、変
位量δは1n程度しか得ることができない。
In the case of a piezoelectric actuator having the characteristics shown by curve A in Fig. 12, the polarization deterioration voltage Vd of the bimorph element used is about 3OV, and the polarization deterioration voltage Vd directly becomes the limit of the power supply voltage of the piezoelectric actuator. , a displacement amount δ of only about 1n can be obtained.

また、一般に圧電アクチュエータは極性切替時に最も大
きな変位量と力が要求される場合が多いが、高速動作が
要求される場合にはヒステリシスの影響のため所期の変
位量が得られない場合がある。このことを、第13図を
用いて具体的に説明する。
Additionally, piezoelectric actuators generally require the largest amount of displacement and force when switching polarity, but when high-speed operation is required, the desired amount of displacement may not be obtained due to the effects of hysteresis. . This will be specifically explained using FIG. 13.

すなわち、第13図(イ)はバイモルフ素子1の動作を
示す側面図であり、同図(ロ)はバイモルフ素子1の先
端の速度Vと変位量δとの関係を示す特性図であるが、
第13図(イ)において実線で示す状態から極、性を切
り替えて破線で示す状態へ移る間の速度変化を求めると
第13図(ロ)のようになり、ある位置までは速やかに
変位をするが、その後は急速に速度が遅くなり、時間を
かけて最終位置に到達する特性がある。
That is, FIG. 13(A) is a side view showing the operation of the bimorph element 1, and FIG.
In Figure 13 (a), if we calculate the speed change during the transition from the state shown by the solid line to the state shown by the broken line by switching the polarity and gender, we will get the change in speed as shown in Figure 13 (b). However, after that, the speed decreases rapidly and it takes some time to reach the final position.

したがって、高速で振動させる場合などは、十分に変位
しきっていないうちに極性が反転することによって変位
量が一点鎖線で示すように小さくなることがある(変位
量η)。そのために、所期の変位量が得られないのであ
る。
Therefore, when vibrating at high speed, the polarity may be reversed before the displacement is sufficiently reached and the displacement amount may become small as shown by the dashed line (displacement amount η). Therefore, the desired amount of displacement cannot be obtained.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、駆
動入力回路に電圧制限回路を挿入するとともに、電圧制
限回路を一定の電圧でターンオンするpnpn素子回路
で構成したものである。
The present invention has been made in view of the above problems, and includes a voltage limiting circuit inserted into the drive input circuit, and the voltage limiting circuit is configured with a pnpn element circuit that is turned on at a constant voltage.

〔作用〕[Effect]

電圧制限回路が挿入されているために、電歪板に対して
分極方向゛と逆方向の電圧が印加される場合には、分極
方向と同方向の電圧が印加される場合に比べて低い電圧
が印加される。
Because a voltage limiting circuit is inserted, when a voltage is applied to the electrostrictive plate in the opposite direction to the polarization direction, the voltage is lower than when a voltage is applied in the same direction as the polarization direction. is applied.

また、電圧制限回路を一定の電圧でターンオンするpn
pn素子回路で構成しているので、電歪板に対する印加
電圧の極性が分極方向と同方向から逆方向に切り替わる
瞬間に高い電圧が印加され、その後徐々にその印加電圧
値が低下してい(ように作用する。
Also, pn turns on the voltage limiting circuit at a constant voltage.
Since it is composed of a pn element circuit, a high voltage is applied at the moment when the polarity of the voltage applied to the electrostrictive plate switches from the same direction as the polarization direction to the opposite direction, and then the applied voltage value gradually decreases. It acts on

〔実施例〕〔Example〕

以下、実施例と共に本発明の詳細な説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail along with examples.

第1図は本発明の一実施例を示す回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention.

圧電アクチュエータは、同方向分極形バイモルフ素子1
.駆動入力回路2.極性切替回路3.定電圧回路4.制
御回路5および直流電源6によって構成されている。
The piezoelectric actuator is a co-polarized bimorph element 1
.. Drive input circuit 2. Polarity switching circuit 3. Constant voltage circuit 4. It is composed of a control circuit 5 and a DC power supply 6.

そして、バイモルフ素子1は、駆動入力回路2゜極性切
替回路3.定電圧回路4を介して直流電源6に接続され
ている。
The bimorph element 1 includes a drive input circuit 2, a polarity switching circuit 3, and a polarity switching circuit 3. It is connected to a DC power supply 6 via a constant voltage circuit 4.

バイモルフ素子1は、一対の電歪板H1,H2を含み、
これらの電歪板H1,H2は中央電極Sを挟んで分極方
向が同方向(第1図では厚み方向に上から下に向かって
)となるように配置されている。
The bimorph element 1 includes a pair of electrostrictive plates H1 and H2,
These electrostrictive plates H1 and H2 are arranged with the center electrode S in between so that their polarization directions are in the same direction (from top to bottom in the thickness direction in FIG. 1).

また、これら電歪板H1,H2の中央電極Sと対向する
側に電極T1.T2が配置されている。
Furthermore, electrodes T1. T2 is placed.

そして、電極T2側の電歪板H2の一端がベースに固定
されている。
One end of the electrostrictive plate H2 on the electrode T2 side is fixed to the base.

駆動入力回路2は、陰極側が電歪板H1の電極T1に接
続された電圧制限回路21と、陽極側が電歪板H2の電
極T2に接続された電圧制限回路22と、電極T1と中
央電極Sとの間に接続された高抵抗23と、電極T2と
中央電極Sとの間に接続された高抵抗24とによって構
成されている。
The drive input circuit 2 includes a voltage limiting circuit 21 whose cathode side is connected to the electrode T1 of the electrostrictive plate H1, a voltage limiting circuit 22 whose anode side is connected to the electrode T2 of the electrostrictive plate H2, and the electrode T1 and the center electrode S. and a high resistance 24 connected between the electrode T2 and the center electrode S.

なお、電圧制限回路21.22の陰極側、陽極側とは、
後述するそれぞれの回路の内部要素であるツェナーダイ
オード211・、221の陰極側、陽極側をとする。
In addition, the cathode side and anode side of the voltage limiting circuits 21 and 22 are as follows:
The cathode side and the anode side of Zener diodes 211 and 221, which are internal elements of the respective circuits to be described later, are shown.

電圧制限回路21と22のそれぞれの他端は、共通に接
続された後、駆動入力回路2の一方の入力端子Aに接続
されている。また、高抵抗23と24の接続点すなわち
中央電極Sは駆動入力回路2の他方の入力端子Bに接続
されている。
The other ends of each of the voltage limiting circuits 21 and 22 are connected in common and then connected to one input terminal A of the drive input circuit 2. Further, the connection point between the high resistances 23 and 24, ie, the center electrode S, is connected to the other input terminal B of the drive input circuit 2.

電圧制限回路21.22は、pnpn素子であるサイリ
スタ212.222を含むpnpn素子回路にツェナー
ダイオード211.221が並列に接続されることによ
り特徴づけられる。
The voltage limiting circuit 21.22 is characterized in that a Zener diode 211.221 is connected in parallel to a pnpn element circuit including a thyristor 212.222, which is a pnpn element.

電圧制限回路21において、抵抗217とツェナーダイ
オード211の直列体と並列にツェナーダイオード21
5とサイリスタ212の直列体が接続される。この場合
、ツェナーダイオード215は、ツェナーダイオード2
11と同様に陽極側が端子Aに接続され、陰極側がサイ
リスタ212の陰極に接続されている。そして、このサ
イリスタ212の陽極側はツェナーダイオード211の
陰極と一緒に電歪板H1の正の分極面に接する電極Tl
に接続されている。
In the voltage limiting circuit 21, a Zener diode 21 is connected in parallel to a series body of a resistor 217 and a Zener diode 211.
5 and a series body of thyristor 212 are connected. In this case, the Zener diode 215 is the Zener diode 2
11, the anode side is connected to the terminal A, and the cathode side is connected to the cathode of the thyristor 212. The anode side of this thyristor 212 is connected to the electrode Tl which is in contact with the positive polarization surface of the electrostrictive plate H1 together with the cathode of the Zener diode 211.
It is connected to the.

また、サイリスタ212のゲートに抵抗214とツェナ
ーダイオード213の陽極との接続点が接続され、抵抗
214の他端はサイリスタ212の陰極に、ツェナーダ
イオード213の他端(陰極)はサイリスタ212の陽
極に接続されている。
Further, the connection point between the resistor 214 and the anode of the Zener diode 213 is connected to the gate of the thyristor 212, the other end of the resistor 214 is connected to the cathode of the thyristor 212, and the other end (cathode) of the Zener diode 213 is connected to the anode of the thyristor 212. It is connected.

さらに、陰極がツェナーダイオード211の陽極側に接
続されるように、ダイオード216が抵抗217に並列
に接続されている。
Furthermore, a diode 216 is connected in parallel to the resistor 217 such that its cathode is connected to the anode side of the Zener diode 211.

同様に、電圧制限回路22において、抵抗227とツェ
ナーダイオード221の直列体と並列にツェナーダイオ
ード225とサイリスタ222の直列体が接続される。
Similarly, in the voltage limiting circuit 22, a series body of a Zener diode 225 and a thyristor 222 is connected in parallel with a series body of a resistor 227 and a Zener diode 221.

この場合、ツェナーダイオード225は、ツェナーダイ
オード221と同様に陰極側が端子Aに接続され、陽極
側がサイリスタ222の陰極に接続されている。そして
、このサイリスタ222の陰極側はツェナーダイオード
221の陽極と一緒に電歪板H2の負の分極面に接する
電極T2に接続されている。
In this case, the Zener diode 225 has its cathode side connected to the terminal A like the Zener diode 221, and its anode side connected to the cathode of the thyristor 222. The cathode side of this thyristor 222 is connected together with the anode of the Zener diode 221 to an electrode T2 that is in contact with the negative polarization surface of the electrostrictive plate H2.

また、サイリスタ222のゲートに抵抗224とツェナ
ーダイオード223の陽極との接続点が接続され、抵抗
224の他端はツェナーダイオード221の陰極に、ツ
ェナーダイオード223の他端(陰極)はサイリスタ2
22の陽極に接続されている。さらに、陽極がツェナー
ダイオード221の陽極側に接続されるように、ダイオ
ード226が抵抗217に並列に接続されている。
Further, the connection point between the resistor 224 and the anode of the Zener diode 223 is connected to the gate of the thyristor 222, the other end of the resistor 224 is connected to the cathode of the Zener diode 221, and the other end (cathode) of the Zener diode 223 is connected to the gate of the thyristor 222.
22 anodes. Further, a diode 226 is connected in parallel to the resistor 217 such that its anode is connected to the anode side of the Zener diode 221.

なお、前記電歪板H1およびH2の分極劣化電圧をVd
(Hl)およびVd (H2)、ツェナーダイオード2
11.221(7)動作電圧をV (z0211) 、
 V (z0221)、端子AB間に与える電圧をVc
とすると、Vd(Hl)、 Vd()12)< V c
       ・・・(1)V c −Vd(Hl) <V(ZD211)< V c ・・・(2)の関係を
満足するものである。
Note that the polarization deterioration voltage of the electrostrictive plates H1 and H2 is Vd
(Hl) and Vd (H2), Zener diode 2
11.221(7) The operating voltage is V (z0211),
V (z0221), the voltage applied between terminals AB is Vc
Then, Vd(Hl), Vd()12)<V c
... (1) V c - Vd (Hl) < V (ZD211) < V c ... (2) is satisfied.

また、ツェナーダイオード211..221,215.
225,213.223の動作電圧をそれぞれV (z
0211) 、 V (Z0221) 、 V (Z[
)215) 、 V (ZD225) 、 V (ZD
213) 、 V (ZD223)とし、端子AB間に
与える電圧をVcとすると、 v(zD215)<V(ZD211)        
−−−(4)V(ZD211) −V(ZD215) 
< v(20213)< 2 V c −V(z021
5) ・・(5)V(ZD225)<V(ZD221)
          ・ −−(6)V(Z0221)
< V (ZD225)< V(ZD223)< 2 
V c −V(ZD225) ・・(7)の関係を満足
している。
In addition, the Zener diode 211. .. 221,215.
The operating voltages of 225, 213, and 223 are respectively V (z
0211) , V (Z0221) , V (Z[
)215) , V (ZD225) , V (ZD
213), V (ZD223), and the voltage applied between terminals AB is Vc, then v (zD215) < V (ZD211)
---(4)V(ZD211) -V(ZD215)
< v (20213) < 2 V c −V (z021
5) ...(5) V(ZD225)<V(ZD221)
・ --(6)V(Z0221)
< V (ZD225) < V (ZD223) < 2
V c -V(ZD225)...(7) is satisfied.

極性切替回路3は、出力側が前記端子Aと端子Cとの間
に接続され且つダーリントン接続されたpnpトランジ
スタ対301、出力側が前記端子Bと前記端子Cとの間
に接続され且つダーリントン接続されたpnp)ランジ
スタ対302、出力側が前記端子Aと端子りとの間に接
続されたnpnトランジスタ303、および端子Bと端
子りとの間に出力側が接続されたnpn)ランジスタ3
04を有する。
The polarity switching circuit 3 includes a pair of pnp transistors 301 whose output side is connected between the terminals A and C and is Darlington-connected, and an output side which is connected between the terminals B and C and which is Darlington-connected. a pnp) transistor pair 302, an npn transistor 303 whose output side is connected between the terminal A and the terminal 1, and an npn) transistor 3 whose output side is connected between the terminal B and the terminal 2;
It has 04.

これらのトランジスタは、極性切替スイッチとて使用さ
れ、これらのスイッチがブリッジ形に接続されているこ
とになる。そしてトランジスタ対301の入力側(ベー
ス)は、抵抗310を介してトランジスタ306のコレ
クタに接続され、このエミッタは接地されている。
These transistors are used as polarity changeover switches, and these switches are connected in a bridge configuration. The input side (base) of the transistor pair 301 is connected to the collector of a transistor 306 via a resistor 310, and its emitter is grounded.

また、トランジスタ306のベースは抵抗312を介し
てインバータ313の出力側に接続されている。このイ
ン六−夕313の出力側には抵抗309を介してトラン
ジスタ304のベースが接続されている。
Further, the base of the transistor 306 is connected to the output side of the inverter 313 via a resistor 312. The base of a transistor 304 is connected to the output side of this input terminal 313 via a resistor 309.

トランジスタ対302の入力側(ベース)は、抵抗30
7を介してトランジスタ305のコレクタに接続され、
このトランジス°り305のエミッタは接地されている
。トランジスタ305のベースは抵抗311を介して接
続されている。インバータ313の入力側に接続され、
さらに制御回路5に接続されている。
The input side (base) of the transistor pair 302 is connected to a resistor 30.
7 to the collector of the transistor 305,
The emitter of this transistor 305 is grounded. The base of transistor 305 is connected via resistor 311. connected to the input side of the inverter 313,
Furthermore, it is connected to a control circuit 5.

また、トランジスタ303のベースは抵抗308を介し
てインバータ313の入力側に接続されている。
Further, the base of the transistor 303 is connected to the input side of an inverter 313 via a resistor 308.

制御回路5は、極性切替回路3のトランジスタ対301
とトランジスタ304の組合せおよびトランジスタ対3
02とトランジスタ303の組合せを交互にオンオフし
てバイモルフ素子lへの印加電圧の極性の切替を制御す
るものであり、抵抗501.切替スイッチ502および
直流電源503(電源電圧Ec)によって構成されてい
る。
The control circuit 5 includes a transistor pair 301 of the polarity switching circuit 3.
and transistor 304 and transistor pair 3
The combination of resistors 501 and 303 is alternately turned on and off to control switching of the polarity of the voltage applied to the bimorph element l. It is composed of a changeover switch 502 and a DC power supply 503 (power supply voltage Ec).

すなわち、極性切替回路3におけるインバータ313の
入力側が抵抗501を介して接地されるとともに、切替
スイッチ502の可動端を介して直流電源503の正極
あるいは接地に接続される。
That is, the input side of the inverter 313 in the polarity switching circuit 3 is grounded via the resistor 501, and is also connected to the positive pole of the DC power supply 503 or the ground via the movable end of the changeover switch 502.

定電圧回路4は、自励発振昇圧タイプであってpnpト
ランジスタを用いたリンギングチョークD C/D C
コンバータである。
The constant voltage circuit 4 is a self-excited oscillation step-up type ringing choke D C/D C using a PNP transistor.
It is a converter.

すなわち、定電圧回路4は、同方向に巻回された3つの
コイル411,412,413を有する飽和形のトラン
ス41、コンデンサ404、抵抗403.406、pn
pトランジスタ405、ダイオード402、ツェナーダ
イオード401によって構成されている。
That is, the constant voltage circuit 4 includes a saturated transformer 41 having three coils 411, 412, and 413 wound in the same direction, a capacitor 404, a resistor 403, 406, and a pn
It is composed of a p-transistor 405, a diode 402, and a Zener diode 401.

トランジスタ405のエミッタは、コイル412の一端
とともに直流電源6 (電源電圧Ec)の正極端Fに接
続され、コレクタはコイル411の一端に接続されてい
る。また、コイル412の他端とコイル413の一端は
共通に接続された後、コンデンサ404と抵抗403の
並列体を介してトランジスタ405のベースに接続され
ている。
The emitter of the transistor 405 is connected to the positive end F of the DC power supply 6 (power supply voltage Ec) together with one end of the coil 412, and the collector is connected to one end of the coil 411. Further, the other end of the coil 412 and one end of the coil 413 are connected in common, and then connected to the base of a transistor 405 via a parallel body of a capacitor 404 and a resistor 403.

トランジスタ405のベースはスタート抵抗゛406を
介してコイル411の他端とともに接地端Gに接続され
、さらにツェナーダイオード401の陽極に接続されて
いる。ツェナーダイオード401の陰極は出力端Eに接
続され、この出力端Eと接地@Gとの間にはコンデンサ
407が接続さ    ”れている。
The base of the transistor 405 is connected to the ground terminal G together with the other end of the coil 411 via a start resistor 406, and is further connected to the anode of the Zener diode 401. The cathode of the Zener diode 401 is connected to the output terminal E, and a capacitor 407 is connected between the output terminal E and the ground @G.

また、前記ツェナーダイオード401の陰極にはダイオ
ード402の陰極が接続され、このダイオード402の
陽極はコイル413の他端に接続されている。
Further, the cathode of a diode 402 is connected to the cathode of the Zener diode 401, and the anode of this diode 402 is connected to the other end of the coil 413.

つぎに、本実施例の動作を説明する。Next, the operation of this embodiment will be explained.

まず、定電圧回路4の動作について°説明する。。First, the operation of the constant voltage circuit 4 will be explained. .

図示しないスイッチによって直流電源6から電圧Ec(
実際には5■程度)が印加されると、定電圧回路4のス
タート抵抗に電流が流れトランジスタ405がオンする
。コ“レクタ電流がトランス41のコイル411に流れ
ると、誘起電圧が矢印のようにコイル412.413に
発生するため、抵抗403およびコンデンサ404から
なるベース回路に電流が流れ、トランジスタ405はオ
ン状態がさらに深くなりコレクタ電流はさらに大きくな
る。
Voltage Ec (
When a voltage of about 5 cm is applied, a current flows through the start resistor of the constant voltage circuit 4 and turns on the transistor 405. When the collector current flows through the coil 411 of the transformer 41, an induced voltage is generated in the coils 412 and 413 as shown by the arrow, so the current flows through the base circuit consisting of the resistor 403 and the capacitor 404, and the transistor 405 is turned on. As it becomes deeper, the collector current becomes even larger.

やがて、トランス41のコイルの磁束が飽和しコレクタ
電流が流れなくなると、コイル412゜413の誘起電
圧が反転する。このため、コイル413の電圧はコンデ
ンサ407に印加され充電される。この電流によってコ
イル412,413の磁束が少なくなると、反転した誘
起電圧は低くなり、再びトランジスタ405のベース回
路に直流型a6からコイル412を介して電流が流れる
ため、トランジスタ405はオンし、コイル411.4
12,413は再び励磁される。このように、自ら発振
し、コンデンサ407には電荷が蓄えられてゆく。
Eventually, when the magnetic flux of the coil of the transformer 41 is saturated and the collector current stops flowing, the induced voltages of the coils 412 and 413 are reversed. Therefore, the voltage of the coil 413 is applied to the capacitor 407 and charged. When the magnetic flux in the coils 412 and 413 decreases due to this current, the reversed induced voltage becomes low, and current flows again from the DC type a6 to the base circuit of the transistor 405 via the coil 412, so the transistor 405 is turned on and the coil 411 .4
12,413 is re-energized. In this way, the capacitor 407 oscillates and charges are stored in the capacitor 407.

ツェナーダイオード401の動作電圧をV (ZD40
1)とすると、コンデンサ407の電圧が(Ec+ V
 (Z0401) ) ニなるとツェナーダイオード4
01が導通するため、抵抗403およびコンデンサ40
4からなるベース回路には電流が流れなくなり発振は止
まる。負荷が接続されコンデンサ407の電圧が下がる
と再び発振を開始し、(Ec+V(z0401) )の
電圧が保たれる。
The operating voltage of the Zener diode 401 is V (ZD40
1), the voltage of the capacitor 407 is (Ec+V
(Z0401)) Zener diode 4
Since 01 is conductive, the resistor 403 and capacitor 40
Current no longer flows through the base circuit consisting of 4, and oscillation stops. When the load is connected and the voltage of the capacitor 407 drops, oscillation starts again and the voltage of (Ec+V(z0401)) is maintained.

このようにして、定電圧回路4では直流電源6の電圧E
Cが昇圧されて定電圧Vcが作られる。
In this way, in the constant voltage circuit 4, the voltage E of the DC power supply 6
C is boosted to create a constant voltage Vc.

つぎに、極性切替回路3および制御回路5の動作につい
て説明する。
Next, the operations of the polarity switching circuit 3 and the control circuit 5 will be explained.

制御回路5においてスイッチ502が第1図のように接
続されていると、インバータ313の出力はEcとなる
ため、トランジスタ304はオンし、また、トランジス
タ306もオンするためダーリントントランジスタ対3
01もオンとなる。
When the switch 502 in the control circuit 5 is connected as shown in FIG.
01 is also turned on.

結局、ブリッジ回路の中で、平行に接続されたトランジ
スタ対301とトランジスタ304のスイッチ素子がオ
ンとなるため、端子A、B間には端子A側が正となるよ
うに電圧Vcが現れる。
Eventually, in the bridge circuit, the switching elements of the transistor pair 301 and the transistor 304 connected in parallel are turned on, so a voltage Vc appears between the terminals A and B such that the terminal A side is positive.

一方、制御回路5においてスイッチ502が直流電源5
03に接続されると、トランジスタ対301.トランジ
スタ304のベース電流は遮断されるためオフとなり、
トランジスタ対302.)−ランジスタ304,305
がオンとなる。したがって、端子A、B間には端子B側
が正となるように電圧Vcが現れる。
On the other hand, in the control circuit 5, the switch 502
03, transistor pair 301. The base current of the transistor 304 is cut off, so it is turned off.
Transistor pair 302. ) - transistors 304, 305
turns on. Therefore, a voltage Vc appears between terminals A and B such that the terminal B side is positive.

つぎに、駆動入力回路2およびバイモルフ素子1の動作
について第2図のタイミングチャートを用いて説明する
。なお、第2図(イ)(ロ)はそれぞれ電歪板H1,H
2に加わる電圧を示しており、縦軸(電圧軸)の向きは
それぞれ分極方向と対応している。また、同図(ハ)は
バイモルフ素子1の自由端の変位量を示しており、縦軸
の正の方向が第1図における上方向への変位と対応して
いる。
Next, the operation of the drive input circuit 2 and the bimorph element 1 will be explained using the timing chart of FIG. 2. In addition, FIG. 2 (a) and (b) are electrostrictive plates H1 and H, respectively.
2, the direction of the vertical axis (voltage axis) corresponds to the polarization direction. Further, FIG. 1C shows the amount of displacement of the free end of the bimorph element 1, and the positive direction of the vertical axis corresponds to the upward displacement in FIG.

端子Aが正となるように端子AB間に電圧Vcが印加さ
れると、ツェナーダイオード211は順方向ゆえ電歪板
H1には分極と同方向にVcが印加される。
When a voltage Vc is applied between the terminals AB so that the terminal A becomes positive, since the Zener diode 211 is in the forward direction, the voltage Vc is applied to the electrostrictive plate H1 in the same direction as the polarization.

一方、ツェナーダイオード221は逆方向ゆえ電歪板H
2には分極と逆方向にV c −V(ZD221)が印
加される。
On the other hand, since the Zener diode 221 is in the opposite direction, the electrostrictive plate H
2, V c -V (ZD221) is applied in the opposite direction to the polarization.

ここで、端子AB間に印加される電圧Vcの極性が反転
し、端子Bが正、端子Aが接地レベルになると、電歪板
H1の上面の電極Tlの電圧は、端子Bの電圧に電歪板
H1にそれまで充電されていた電圧Vcが加わるため2
Vcになる。すなわち、ツェナーダイオード213,2
15の直列回路には2Vcの電圧が印加される。(5)
式から、V(Z0213) +V(ZD215) < 
2 V cゆえ、サイリスタ212のゲートにはトリガ
電流が流れ、サイリスタ212はターンオンする。
Here, when the polarity of the voltage Vc applied between the terminals AB is reversed, and the terminal B becomes positive and the terminal A becomes the ground level, the voltage of the electrode Tl on the upper surface of the electrostrictive plate H1 becomes equal to the voltage of the terminal B. 2 because the voltage Vc that had been charged until then is applied to the strain plate H1.
Becomes Vc. That is, the Zener diode 213,2
A voltage of 2Vc is applied to the 15 series circuits. (5)
From the formula, V(Z0213) +V(ZD215) <
2 V c, a trigger current flows through the gate of thyristor 212, and thyristor 212 turns on.

ここで、抵抗217はツェナーダイオード213.21
5の直列回路のインピーダンスより十分に高い抵抗値を
有する。このように設定することによって、電圧制限回
路21に2VCが加わったとき電流が主としてツェナー
ダイオード213゜215に流れるようになり、したが
って、サイリスタ212を確実に点弧させることができ
る。
Here, the resistor 217 is a Zener diode 213.21
It has a resistance value that is sufficiently higher than the impedance of the series circuit of No. 5. With this setting, when 2 VC is applied to the voltage limiting circuit 21, the current mainly flows through the Zener diodes 213 and 215, so that the thyristor 212 can be reliably fired.

電歪板H1への充電電流は、端子B−電歪板H1−サイ
リスタ212−ツェナーダイオード215一端子Aの経
路で流れるため、電歪板H1に対する印加電圧は分極と
は逆方向にV c −V(ZD215)になる。このと
きの様子を示したのが第2図(イ)の(i)である。
Since the charging current to the electrostrictive plate H1 flows through the path of terminal B - electrostrictive plate H1 - thyristor 212 - Zener diode 215 - terminal A, the voltage applied to the electrostrictive plate H1 is V c - in the opposite direction to the polarization. It becomes V (ZD215). The situation at this time is shown in (i) of FIG. 2(a).

このようにして充電された後においては、抵抗23が数
MΩの高抵抗であるため、サイリスタ212には極めて
微少の電流しか流れず、サイリスタ212は自己復帰す
る。すなわち、pnpn素子回路は遮断状態になる。
After being charged in this manner, since the resistor 23 has a high resistance of several MΩ, only an extremely small current flows through the thyristor 212, and the thyristor 212 returns to its original state. That is, the pnpn element circuit is in a cut-off state.

その後、電歪板H1の電荷は、電歪板H1の電圧がV 
c−V(Z0211)になるまで抵抗23を介して放電
される。このときの様子を示したのが第2図(イ)の(
ii )である。
After that, the electric charge on the electrostrictive plate H1 is changed so that the voltage of the electrostrictive plate H1 is V.
It is discharged through the resistor 23 until it reaches c-V (Z0211). The situation at this time is shown in Figure 2 (a) (
ii).

一方、第2図(イ)の(i)に対応する時点すなわち、
端子AB間に印加される電圧Vcの極性を反転して端子
Bが正、端子Aが接地レベルになるようにしたときの電
圧制限回路22の動作に注目すると、ツェナーダイオー
ド221.ダイオード226は順方向ゆえ、電歪板H2
には第2図(ロ)の(i)に示すように分極と同方向に
Vcが印加され、以後端子AB間に印加される電圧の極
性が反転するまで電圧Vcが保持される。
On the other hand, the time point corresponding to (i) in FIG. 2(a), that is,
Paying attention to the operation of the voltage limiting circuit 22 when the polarity of the voltage Vc applied between the terminals AB is reversed so that the terminal B is at the positive level and the terminal A is at the ground level, the Zener diode 221. Since the diode 226 is in the forward direction, the electrostrictive plate H2
As shown in (i) of FIG. 2(b), Vc is applied in the same direction as the polarization, and thereafter the voltage Vc is maintained until the polarity of the voltage applied between terminals AB is reversed.

つぎに、再び極性が反転すると、電歪板H2には第2図
(ロ)の(iii)ニ示すようニV c −V(ZD2
25)の電圧が印加され、サイリスタ222の自己復旧
とともにV c−V(z0221)になる。また、電歪
板H1には第2図(イ)の(iii )に示すように分
極と同方向にVcが印加される。
Next, when the polarity is reversed again, the electrostrictive plate H2 has a voltage of V c −V (ZD2
25) is applied, and becomes V c-V (z0221) as the thyristor 222 self-recovers. Further, Vc is applied to the electrostrictive plate H1 in the same direction as the polarization, as shown in (iii) of FIG. 2(a).

このようにして、電歪板H1,H2に対する電圧印加状
態が変化するので、バイモルフ素子1は第2図(ハ)に
示すように変位する。
In this way, the state of voltage application to the electrostrictive plates H1 and H2 changes, so the bimorph element 1 is displaced as shown in FIG. 2(c).

すなわち、電歪板H1,H2に対して分極と同方向に電
圧が印加されたときは、分極と垂直の方向に縮もうとし
、逆方向に印加されたときCよ延びようするため、バイ
モルフ素子1の自由端が矢印Aのように上下に変位する
In other words, when a voltage is applied to the electrostrictive plates H1 and H2 in the same direction as the polarization, they tend to contract in the direction perpendicular to the polarization, and when applied in the opposite direction, they tend to extend as shown in C. The free end of 1 is displaced up and down as shown by arrow A.

そして、電歪板H1,H2のそれぞれに対して、分極方
向には常に高電圧が印加されるとともに、分極逆方向に
は極性切替時(時点(i)(iii))にのみ高電圧が
印加されその後は自己放電によって劣化を生じない電圧
まで低下するため、極性切替時には大きく強い力で変位
する(変位量ξl、ξ2)が、特性の劣化は起こらない
。また、この回路を使用すると前述のヒステリシスの影
響を防止できるため、高速動作においても変位の低下は
少ない。
A high voltage is always applied to each of the electrostrictive plates H1 and H2 in the polarization direction, and a high voltage is applied in the opposite polarization direction only at the time of polarity switching (times (i) and (iii)). After that, the voltage decreases to a level that does not cause deterioration due to self-discharge, and therefore, although it is displaced with a large and strong force at the time of polarity switching (displacement amount ξl, ξ2), no deterioration of characteristics occurs. Furthermore, since the use of this circuit prevents the effect of the hysteresis mentioned above, there is little drop in displacement even during high-speed operation.

なお、本実施例において、端子AB間に与える電圧Vc
が分極破壊電圧Vpより低い場合にはツェナーダイオー
ド215,225を省略することもできる。この場合、
サイリスタ212,222が動作したとき、電歪板H1
,H2の逆分極方向には、第2図(イ)(ロ)に一点鎖
線で示すようにほぼVcの電圧が印加されるため、第2
図(ハ)に一点鎖線で示すようにさらに大きく変位させ
ることができる(変位量ξ3.ξ4)。
Note that in this embodiment, the voltage Vc applied between terminals AB
If the polarization breakdown voltage Vp is lower than the polarization breakdown voltage Vp, the Zener diodes 215 and 225 can be omitted. in this case,
When the thyristors 212 and 222 operate, the electrostrictive plate H1
, H2, a voltage of approximately Vc is applied in the reverse polarization direction of H2, as shown by the dashed lines in FIGS.
As shown by the dashed-dotted line in FIG.

上記動作説明から判るように、駆動方法として、通常は
バイモルフ素子1に直流電圧を印加しておき、必要な時
にパルス的に極性を反転するような場合には、電圧制限
回路21.22におけるツェナーダイオード211,2
21(7)動作電圧V (Z0211)、 V(Z02
21)が V c −V d <t/(Z0211)、 V(Z0
221) < V c・ ・ ・(8) を満たす必要がある。
As can be seen from the above operation description, as a driving method, normally a DC voltage is applied to the bimorph element 1, and when the polarity is reversed in a pulsed manner when necessary, Zener in the voltage limiting circuits 21 and 22 Diode 211,2
21 (7) Operating voltage V (Z0211), V (Z02
21) is V c −V d <t/(Z0211), V(Z0
221) < V c . . . (8) must be satisfied.

しかし、連続的に極性を切替え、振動させて使用する場
合には、分極と同方向に分極劣化電圧Vd以上を印加す
ることになるため一旦減極した分極が再生される。その
ため、ツェナーダイオード211.221の動作電圧を
上記(2) (3)式を満だす程度に低くして電歪板H
1,H2の逆分極方   ・向に分極劣化電圧Vdより
大きな電圧、を印加しても分極の劣化を生じさせない。
However, when the polarity is continuously switched and the polarity is vibrated for use, a polarization deterioration voltage Vd or more is applied in the same direction as the polarization, so that the once depolarized polarization is regenerated. Therefore, the operating voltage of the Zener diodes 211 and 221 is lowered to the extent that the above equations (2) and (3) are satisfied, and the electrostrictive plate H
1. Even if a voltage larger than the polarization deterioration voltage Vd is applied in the opposite polarization direction of H2, the polarization does not deteriorate.

第3図は本実施例の変位量δと動作時間との関係を示す
特性図である。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between the displacement amount δ and the operating time in this embodiment.

バイモルフ素子1の大きさ 45w1X12鶴WX0.15顛を 極性切替周波数 2 Hz 環境温度    70℃ の条件の下で、 Vc=80V。Size of bimorph element 1 45w1X12 crane WX0.15 size Polarity switching frequency 2Hz Environmental temperature 70℃ under the conditions of Vc=80V.

V(ZD215)、 V(ZD225) −20Vとし
たときの本実施例の特性を実線Aで示す。実線Bは本実
施例からツェナーダイオード215゜225を除去した
場合の特性を示すものである。
The solid line A shows the characteristics of this example when V(ZD215) and V(ZD225) are -20V. A solid line B shows the characteristics when the Zener diodes 215° and 225 are removed from this embodiment.

また、同一の条件の下で、動作させた従来装置(第1図
(イ))の特性を破線Cで示す。但し、従来装置の印加
電圧Eは40Vとする。
Furthermore, the broken line C shows the characteristics of the conventional device (FIG. 1(a)) operated under the same conditions. However, the applied voltage E of the conventional device is 40V.

この特性図から判るように、本発明の圧電アクチュエー
タは、従来装置に比較して3倍以上も変位してしかも経
時的劣化も少ない。
As can be seen from this characteristic diagram, the piezoelectric actuator of the present invention can be displaced more than three times as much as the conventional device, and has less deterioration over time.

第4図は本発明の他の実施例を示すブロック図であり、
第1図と同一もしくは相当部分には同一の符号を付して
その詳細な説明は省略する。
FIG. 4 is a block diagram showing another embodiment of the present invention,
Components that are the same or corresponding to those in FIG. 1 are given the same reference numerals, and detailed explanation thereof will be omitted.

本実施例における駆動入力回路2は、電歪板H1、Hz
の分極劣化電圧Vdが低く、分極と逆方向に長時間電圧
を印加できないバイモルフ素子を大変位で駆動するため
の回路である。
The drive input circuit 2 in this embodiment includes an electrostrictive plate H1, Hz
This is a circuit for driving a bimorph element with a large displacement, which has a low polarization degradation voltage Vd and cannot apply a voltage in the opposite direction to polarization for a long time.

駆動入力回路2が電圧制限回路21.22および高抵抗
23.24から成る点は上記第1実施例と同じであるが
、電圧制限回路21.22の構成が異なる。
The drive input circuit 2 is the same as the first embodiment in that it consists of a voltage limiting circuit 21.22 and a high resistance 23.24, but the configuration of the voltage limiting circuit 21.22 is different.

すなわち、電圧制限回路21は、陰極が端子Aに接続さ
れ陽極が電極T1に接続されているpnpn素子である
サイリスタ212と、サイリスタ212に並列接続され
るツェナーダイオード218と抵抗214の直列体から
成る。なお、サイリスタ212の陽極側にはツェナーダ
イオード218の陰極が接続され、サイリスタ212の
陰極側には抵抗214の一端が接続されている。また、
サイリスタ212のゲートはツェナーダイオード218
と抵抗214との接続点に接続されている。
That is, the voltage limiting circuit 21 consists of a thyristor 212 which is a pnpn element whose cathode is connected to the terminal A and whose anode is connected to the electrode T1, and a series body of a Zener diode 218 and a resistor 214 connected in parallel to the thyristor 212. . Note that the cathode of a Zener diode 218 is connected to the anode side of the thyristor 212, and one end of a resistor 214 is connected to the cathode side of the thyristor 212. Also,
The gate of the thyristor 212 is a Zener diode 218
and the connection point between the resistor 214 and the resistor 214 .

電圧制限回路22は、陽極が端子Aに接続され陰極が電
極T2に接続されているサイリスタ222と、サイリス
タ222に並列接続されるツェナーダイオード228と
抵抗224の直列体から成る。なお、サイリスタ222
の陽極側にはツェナーダイオード228の陰極が接続さ
れ、サイリスタ222の陰極側には抵抗224の一端が
接続されている。また、サイリスタ222のゲートはツ
ェナーダイオード228と抵抗224との接続点に接続
されている。
The voltage limiting circuit 22 consists of a thyristor 222 whose anode is connected to the terminal A and whose cathode is connected to the electrode T2, and a series body of a Zener diode 228 and a resistor 224 connected in parallel to the thyristor 222. In addition, the thyristor 222
The cathode of a Zener diode 228 is connected to the anode side of the thyristor 222, and one end of a resistor 224 is connected to the cathode side of the thyristor 222. Further, the gate of the thyristor 222 is connected to the connection point between the Zener diode 228 and the resistor 224.

次に、本実施例の動作を第5図のタイミングチャートを
用いて説明する。なお、第5図(イ)(ロ)はそれぞれ
電歪板H1,H2に加わる電圧を示しており、縦軸(電
圧軸)の向きはそれぞれ分極方向と対応している。また
、同図(ハ)はバイモルフ素子1の自由端の変位量を示
しており、縦軸の正の方向が第4図における上方向への
変位と対応している。
Next, the operation of this embodiment will be explained using the timing chart of FIG. Note that FIGS. 5A and 5B show the voltages applied to the electrostrictive plates H1 and H2, respectively, and the directions of the vertical axes (voltage axes) correspond to the polarization directions, respectively. 4(C) shows the amount of displacement of the free end of the bimorph element 1, and the positive direction of the vertical axis corresponds to the upward displacement in FIG. 4.

端子Aが正とすると、抵抗214−ツェナーダイオード
218−電歪板H1一端子Bの経路で電歪板H1に分極
と同方向にVcが印加される(第5図(イ))。
When the terminal A is positive, Vc is applied to the electrostrictive plate H1 in the same direction as the polarization through the path of the resistor 214, the Zener diode 218, the electrostrictive plate H1, and the terminal B (FIG. 5(A)).

一方、ツェナーダイオード218,228の動作電圧V
(ZD21B)、 V(Z0228)をV c <V(
20218)、 V(ZD228) < 2 V cと
すると、第5図(ロ)に示すように電歪板H2には電圧
が印加されないため、バイモルフ素子1は電歪板H1が
縮む作用によってのみ先端が上方にξ12だけ変位する
。この様子を第5図(ハ)に示す。
On the other hand, the operating voltage V of the Zener diodes 218 and 228
(ZD21B), V(Z0228) as V c <V(
20218), V(ZD228) < 2 V c, as shown in FIG. is displaced upward by ξ12. This situation is shown in FIG. 5(c).

ここで、端子AB間の印加電圧の極性を反転し端子Bを
正とすると、電極Tlと端子Aの間に約2Vcの電圧が
印加されるため、ツェナーダイオード218は導通し、
サイリスタ212がターンオンする。サイリスタ212
がターンオンすると電歪板H1には第5図(イ)の(i
)に示すように分極と逆方向に約Vcの電圧が印加され
る。一方、ツェナーダイオード228は順方向ゆえ、電
歪板H2には第5図(ロ)の(i)に示すように分極と
同方向にVcが印加される。
Here, if the polarity of the voltage applied between terminals AB is reversed and terminal B is made positive, a voltage of about 2Vc is applied between electrode Tl and terminal A, so Zener diode 218 becomes conductive.
Thyristor 212 turns on. Thyristor 212
When turned on, the electrostrictive plate H1 shows (i) in Fig. 5(a).
), a voltage of about Vc is applied in the opposite direction to the polarization. On the other hand, since the Zener diode 228 is in the forward direction, Vc is applied to the electrostrictive plate H2 in the same direction as the polarization, as shown in (i) of FIG. 5(b).

すなわち、電歪板H1,H2の両方に電圧Vcが印加さ
れるため、バイモルフ素子1は第5図(ハ)の(i)に
示すように下方に大きく変位する(ξ21)。
That is, since the voltage Vc is applied to both the electrostrictive plates H1 and H2, the bimorph element 1 is largely displaced downward (ξ21) as shown in (i) of FIG. 5(C).

次に、サイリスタ212が自己復旧すると、電歪板H1
の電荷は高抵抗23を介して放電するためバイモルフ素
子lの変位は電歪Vi、H2が縮む作用による分だけと
なり、変位量は第5図(ハ)の(ii )に示すように
ξ21からξ22に低下する。
Next, when the thyristor 212 self-recovers, the electrostrictive plate H1
Since the electric charge is discharged through the high resistance 23, the displacement of the bimorph element l is only due to the contraction of the electrostrictive Vi, H2, and the amount of displacement is from ξ21 as shown in (ii) of Fig. 5(C). It decreases to ξ22.

次に、再び極性を反転し端子Aが正になると、電歪板H
1,H2にはそれぞれVcの電圧が印加されるため、第
5図(ハ)の(iii )に示すようにバイモルフ素子
1の先端は上方に大きくξ11まで変位する。
Next, when the polarity is reversed again and terminal A becomes positive, the electrostrictive plate H
Since a voltage of Vc is applied to each of 1 and H2, the tip of the bimorph element 1 is largely displaced upward to ξ11, as shown in (iii) of FIG. 5(c).

なお、電歪板H1,H2の通分極方向にある程度長時間
電圧を印加できる場合にはV(ZD218)、 V(Z
D228)をVc以下にして、通分極方向ニVc −V
(ZD218)、  V c−V(ZD228)の電圧
が印加できるようにしてもよい。
In addition, if a voltage can be applied for a certain period of time in the polarization direction of the electrostrictive plates H1 and H2, V(ZD218) and V(Z
D228) is set below Vc, and the polarization direction D228) is set to Vc -V.
(ZD218) and Vc-V (ZD228) may be applied.

また、端子Aとし、端子AとMの間にツェナーダイオー
ド215.225を接続すれば、第2図のタイミングチ
ャートと同様の特性を示す。
Further, if terminal A is used and Zener diodes 215 and 225 are connected between terminals A and M, characteristics similar to those shown in the timing chart of FIG. 2 will be exhibited.

第6図は本発明の更に他の実施例を示すプロ・ツク図で
あり、第4図に示す実施例とは電圧制限回路21.22
の内部回路が相違するのみである。
FIG. 6 is a block diagram showing still another embodiment of the present invention, and the embodiment shown in FIG.
The only difference is the internal circuit.

電圧制限回路21は、陽極が端子Aに接続され陰極が電
極TIに接続されるダイオード219および陽極が電極
T1に接続され陰極が端子Aに接続されるサイリスタ2
12を含む。また、サイリスタ212には、ツェナーダ
イオード218と抵抗214から成る直列体がサイリス
タ212の陽極とツェナーダイオード218の陰極とが
接続゛されるように並列接続されてpnpn素子回路を
構成している。なお、サイリスタ212のゲートはツェ
ナーダイオード218と抵抗214の接続点と接続する
The voltage limiting circuit 21 includes a diode 219 whose anode is connected to the terminal A and whose cathode is connected to the electrode TI, and a thyristor 2 whose anode is connected to the electrode T1 and whose cathode is connected to the terminal A.
Contains 12. Further, a series body consisting of a Zener diode 218 and a resistor 214 is connected in parallel to the thyristor 212 so that the anode of the thyristor 212 and the cathode of the Zener diode 218 are connected to form a pnpn element circuit. Note that the gate of the thyristor 212 is connected to a connection point between the Zener diode 218 and the resistor 214.

電圧制限回路22は、陽極が電極T2に接続され陰極が
端子Aに接続されるダイオード229および陰極が電極
T1に接続され陽極が端子Aに接続されるサイリスタ2
22を含み、サイリスタ222には、ツェナーダイオー
ド228と抵抗224から成る直列体がサイリスタ22
2の陽極とツェナーダイオード228の陰極とが接続さ
れるように並列接続されている。なお、サイリスタ22
2のゲートはツェナーダイオード228と抵抗224の
接続点と接続する。
The voltage limiting circuit 22 includes a diode 229 whose anode is connected to the electrode T2 and whose cathode is connected to the terminal A, and a thyristor 2 whose cathode is connected to the electrode T1 and whose anode is connected to the terminal A.
22, the thyristor 222 includes a series body consisting of a Zener diode 228 and a resistor 224.
The anode of the Zener diode 228 and the cathode of the Zener diode 228 are connected in parallel. In addition, the thyristor 22
The gate of 2 is connected to the connection point between the Zener diode 228 and the resistor 224.

本実施例は、第4図に示す実施例において、電歪板H1
,H2の充電に抵抗214,224とツェナーダイオー
ド218,228の直列回路を用いるのを避けて、充電
専用のダイオード219゜229を付加したものであり
、充電の時定数が小さくなるため早く充電し、変位も速
くなる。
In this embodiment, in the embodiment shown in FIG. 4, the electrostrictive plate H1
, H2, instead of using a series circuit of resistors 214, 224 and Zener diodes 218, 228, a charging-only diode 219°229 is added, and the charging time constant is small, so charging can be done quickly. , the displacement also becomes faster.

第7図は本発明の更に他の実施例を示すブロック図であ
り、第6図の実施例と同様に、第3図に示す実施例とは
電圧制限回路21.22の内部回路が相違するのみであ
る。
FIG. 7 is a block diagram showing still another embodiment of the present invention, and like the embodiment shown in FIG. 6, the internal circuits of the voltage limiting circuits 21 and 22 are different from the embodiment shown in FIG. 3. Only.

電圧制限回路21は、陽極が端子Aに接続され陰極が電
極TIに接続されるダイオード219および陽極が電極
T1に接続され陰極が端子Aに接続されるショックレー
ダイオード210から成り、電圧制限回路22は、陽極
が電極T2に接続され陰極が端子Aに接続されるダイオ
ード229および陰極が電極Tlに接続され陽極が端子
Aに接続されるショックレーダイオード220から成る
The voltage limiting circuit 21 consists of a diode 219 whose anode is connected to the terminal A and whose cathode is connected to the electrode TI, and a Shockley diode 210 whose anode is connected to the electrode T1 and whose cathode is connected to the terminal A. consists of a diode 229 whose anode is connected to the electrode T2 and whose cathode is connected to the terminal A, and a Shockley diode 220 whose cathode is connected to the electrode Tl and whose anode is connected to the terminal A.

本実施例は、第6図に示す実施例において、サイリスタ
212.ツェナーダイオード218.抵抗214から成
るpnpn素子回路およびサイリスタ222.ツェナー
ダイオード228.抵抗224から成るpnpn素子回
路をそれぞれpnpn素子であるショックレーダイオー
ド210.220に置き換えたものであり、ショックレ
ーダイオード210.220は順方向に2VC以下の電
圧が印加されたときにターンオンするものとすると、第
6図に示す実施例と同様の動作をする。
In this embodiment, in the embodiment shown in FIG. 6, the thyristor 212. Zener diode 218. A pnpn element circuit consisting of a resistor 214 and a thyristor 222. Zener diode 228. The pnpn element circuit consisting of the resistor 224 is replaced with Shockley diodes 210 and 220, each of which is a pnpn element, and the Shockley diodes 210 and 220 are turned on when a voltage of 2 VC or less is applied in the forward direction. Then, the same operation as the embodiment shown in FIG. 6 is performed.

第8図はさらに他の実施例を示すブロック図でり、本実
施例は第3図に示す実施例と同様に、分極劣化電圧Vd
が低(、逆方向に長時間電圧を印加できないバイモルフ
素子を利用する場合の他の実施例であり、通常は端子B
が正に保持されており、必要に応じてパルス的に極性が
反転する駆動方法に適した回路である。
FIG. 8 is a block diagram showing still another embodiment, and this embodiment is similar to the embodiment shown in FIG.
This is another example when using a bimorph element in which voltage cannot be applied for a long time in the reverse direction.
This circuit is suitable for a driving method in which the polarity is held positive and the polarity is reversed in a pulsed manner as necessary.

本実施例の構成は、第3図に示す実施例とは電圧制限回
路21.22の内部回路が相違すると共に、高抵抗24
が除去されている点が相違する。
The configuration of this embodiment differs from the embodiment shown in FIG. 3 in the internal circuits of the voltage limiting circuits 21 and 22, and in addition
The difference is that has been removed.

電圧制限回路21は、陽極が端子Aに接続され陰極が電
極TIに接続されるダイオ−・ド219を含む。ダイオ
ード219には、陽極同士が接続されたサイリスタ21
2とツェナーダイオード215の直列体が、ダイオード
219の陽極とツェナーダイオード215の陽極が接続
されるように並列接続される。サイ!Iスタ212には
、ツェナーダイオード213と抵抗214から成る直列
体が、抵抗214の一端とサイリスタ212の陰極とが
接続されるように並列接続される。そして、サイリスタ
212のゲートはツェナーダイオード213と抵抗21
4の接続点に接続される。
Voltage limiting circuit 21 includes a diode 219 whose anode is connected to terminal A and whose cathode is connected to electrode TI. The diode 219 has a thyristor 21 whose anodes are connected to each other.
2 and a Zener diode 215 are connected in parallel such that the anode of the diode 219 and the anode of the Zener diode 215 are connected. Sai! A series body consisting of a Zener diode 213 and a resistor 214 is connected in parallel to the I-star 212 such that one end of the resistor 214 and the cathode of the thyristor 212 are connected. The gate of the thyristor 212 is connected to a Zener diode 213 and a resistor 21.
Connected to 4 connection points.

電圧制限回路22は、陰極が端子Aに接続され陽極が電
極T2に接続されるツェナーダイオード221のみから
成る。
The voltage limiting circuit 22 consists only of a Zener diode 221 whose cathode is connected to the terminal A and whose anode is connected to the electrode T2.

次に、本実施例の動作を第9図のタイミングチャートを
用いて説明する。なお、第9図(イ)(ロ)はそれぞれ
電歪板H1,H2に加わる電圧を示しており、縦軸(電
圧軸)の向きはそれぞれ分極方向と対応している。また
、同図(ハ)はバイモルフ素子1の自由端の変位量を示
しており、縦軸の正の方向が第3図における上方向への
変位と対応している。
Next, the operation of this embodiment will be explained using the timing chart of FIG. Note that FIGS. 9A and 9B show the voltages applied to the electrostrictive plates H1 and H2, respectively, and the directions of the vertical axes (voltage axes) correspond to the polarization directions, respectively. 3(C) shows the amount of displacement of the free end of the bimorph element 1, and the positive direction of the vertical axis corresponds to the upward displacement in FIG. 3.

端子Bが正の場合、電歪板H1には第9図(イ)に示す
ように電圧は印加されず、電歪板H2のみに第9図(ロ
)に示すように分極方向にVcが印加されている。した
がって、この状態で分極の劣化は起きない。
When the terminal B is positive, no voltage is applied to the electrostrictive plate H1 as shown in FIG. 9(a), and Vc is applied only to the electrostrictive plate H2 in the polarization direction as shown in FIG. 9(b). is being applied. Therefore, no deterioration of polarization occurs in this state.

極性が反転すると、電歪板H1には分極方向にVcが印
加され、電歪板H2には逆方向にVc−v (Zn22
1)が印加されるため、上方に大きく変位する(ξ1)
When the polarity is reversed, Vc is applied to the electrostrictive plate H1 in the polarization direction, and Vc-v (Zn22
1) is applied, resulting in a large upward displacement (ξ1)
.

短い時間経過後、再び極性が反転すると、サイリスタ2
12がターンオンするため、電歪板H1には逆方向にV
 c−V(Zn215)が印加され、バイモルフ素子1
の先端は下方にξ2だけ変位する。その後、サイリスタ
212が自己復旧(ターンオフ)すると電歪板H1の電
荷は自己放電し、印加電圧は第9図(イ)に示すように
零になる。
After a short period of time, when the polarity is reversed again, thyristor 2
12 is turned on, V is applied to the electrostrictive plate H1 in the opposite direction.
c-V (Zn215) is applied, and the bimorph element 1
The tip of is displaced downward by ξ2. Thereafter, when the thyristor 212 self-recovers (turns off), the charge on the electrostrictive plate H1 self-discharges, and the applied voltage becomes zero as shown in FIG. 9(a).

一方、電歪板H2には再びVcが印加されるため、それ
まで通分極方向にV c −V(Zn221)が加わる
ことによって生じた僅かな減極は前述の増幅作用によっ
て打ち消されるため劣化は生じない。
On the other hand, since Vc is applied to the electrostrictive plate H2 again, the slight depolarization that had previously occurred due to the application of Vc - V (Zn221) in the polarization direction is canceled out by the amplification effect described above, so there is no deterioration. Does not occur.

第10図はバイモルフ素子1として6層バイモルフ素子
を適用した場合の実施例をしめずブロック図である。
FIG. 10 is a block diagram of an embodiment in which a six-layer bimorph element is applied as the bimorph element 1.

ここに、6層バイモルフ素子とは、中央電極Sを介して
一対の電歪板[(11,H21を分極方向が同方向にな
るように配し、さらに一対の電歪板H12,H22を分
極が同方向となるように且つ電歪板H1l、H21の分
極とは対向するように配し、さらに一対の電歪viH1
3,H23を同様に配して構成したものである。
Here, the 6-layer bimorph element is composed of a pair of electrostrictive plates [(11 and H21) arranged with the polarization directions in the same direction through a central electrode S, and a pair of electrostrictive plates H12 and H22 that are further polarized. are arranged in the same direction and opposite to the polarizations of the electrostrictive plates H1l and H21, and a pair of electrostrictive plates viH1
3 and H23 are arranged in the same manner.

上述した2層バイモルフ素子を用いた各実施例において
、2層バイモルフ素子を6層バイモルフ素子に置換する
場合には、駆動入力回路2における電圧制限回路21.
22を第10図の如く接続すればよいことを示している
In each of the embodiments using the two-layer bimorph element described above, when replacing the two-layer bimorph element with a six-layer bimorph element, the voltage limiting circuit 21.
22 should be connected as shown in FIG.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明の圧電アクチュエータによ
れば、駆動入力回路に電圧制限回路を挿入するとともに
、電圧制限回路を一定の電圧でターンオンするpnpn
素子回路で構成したので、電歪板に対して分極方向と逆
方向の電圧が印加される場合には、分極方向と同方向の
電圧が印加される場合に比べて低い電圧が印加される。
As explained above, according to the piezoelectric actuator of the present invention, a voltage limiting circuit is inserted into the drive input circuit, and the voltage limiting circuit is turned on at a constant voltage.
Since it is configured with an element circuit, when a voltage in the opposite direction to the polarization direction is applied to the electrostrictive plate, a lower voltage is applied than when a voltage in the same direction as the polarization direction is applied.

したがって、電源電圧Vcを、バイモルフ素子に用いて
いる電歪板の分極劣化電圧Vdの数倍にしても、電歪板
が劣化しない。そのため、従来の圧電アクチュエータに
比較して数倍の変位量を得ることができる。
Therefore, even if the power supply voltage Vc is made several times the polarization deterioration voltage Vd of the electrostrictive plate used in the bimorph element, the electrostrictive plate does not deteriorate. Therefore, it is possible to obtain a displacement several times that of a conventional piezoelectric actuator.

また、電圧制限回路を一定の電圧でターンオンするpn
pn素子回路を用いて構成しているので、電歪板に対す
る印加電圧の極性が分極方向と同方向から逆方向に切り
替わる瞬間に高い電圧が印加され、一定の短い時間が経
過した後、分極の劣化が起きない程度の電圧、または仮
に起きても次の極性の反転で同方向に加わる印加電圧V
cの増極作用によって相殺される程度の電圧まで徐々に
その印加電圧値が低下していくように作用する。
Also, pn turns on the voltage limiting circuit at a constant voltage.
Since it is configured using a pn element circuit, a high voltage is applied at the moment the polarity of the voltage applied to the electrostrictive plate switches from the same direction as the polarization direction to the opposite direction, and after a certain short period of time has passed, the polarization changes. A voltage that does not cause deterioration, or even if it occurs, an applied voltage V that is applied in the same direction at the next polarity reversal.
The applied voltage value gradually decreases to a voltage that is offset by the polarization effect of c.

そのため、極性切替時に強い発生力を得ることができ、
高速動作が要求される場合で゛も、十分な変位量を確保
できる。
Therefore, it is possible to obtain strong generated force when switching polarity,
Even when high-speed operation is required, a sufficient amount of displacement can be ensured.

本発明は上記のような効果を有するため、硬貨処理装置
、リレー、インパクトプリンタヘッド。
Since the present invention has the above-mentioned effects, it can be applied to coin processing devices, relays, and impact printer heads.

小型ポンプなどの駆動に極めて有効である。Extremely effective for driving small pumps, etc.

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

第1図は本発明の一実施例を示すブロック図、第2図は
第1図の実施例の動作を示すタイミングチャート、第3
図は本実施例の変位量δと動作時間との関係を示す特性
図、第4図は本発明の他の実施例を示すブロック図、第
5図は第4図の実施例の動作を示すタイミングチャート
、第6図は本発明のさらに他の実施例を示すプロ・7り
図、第7図は本発明のさらに他の実施例を示すブロック
図、第8図は本発明のさらに他の実施例を示すブロック
図、第9図は第8図の実施例の動作を示すタイミングチ
ャート、第10図は本発明のさらに他の実施例を示すブ
ロック図、第11図は従来の圧電アクチュエータを示す
概略構成図、第12図は従来の圧電アクチュエータを動
作周波数2 Hzで動作させた時の電源電圧Eと変位量
δとの関係を示した特性図、第13図(イ)はバイモル
フ素子1の動作を示す側面図、同図(ロ)はバイモルフ
素子lの先端の速度Vと変位量δとの関係を示す特性図
である。 1・・・バイモルフ素子、2・・・駆動入力回路、3・
・・極性切替回路、4・・・定電圧回路、5・・・制御
回路、21.22・・・電圧制限回路、210,220
・・・ショックレーダイオード、212,222・・ 
・サイリスタ、Hl、Hz・・・電歪板、S・・・中央
電極、Tl、T2・・・電極。
FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a timing chart showing the operation of the embodiment of FIG. 1, and FIG.
The figure is a characteristic diagram showing the relationship between the displacement amount δ and the operating time of this embodiment, FIG. 4 is a block diagram showing another embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a diagram showing the operation of the embodiment of FIG. 4. 6 is a timing chart showing still another embodiment of the present invention, FIG. 7 is a block diagram showing still another embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a block diagram showing still another embodiment of the present invention. A block diagram showing the embodiment, FIG. 9 is a timing chart showing the operation of the embodiment of FIG. 8, FIG. 10 is a block diagram showing still another embodiment of the present invention, and FIG. 11 shows a conventional piezoelectric actuator. 12 is a characteristic diagram showing the relationship between power supply voltage E and displacement amount δ when a conventional piezoelectric actuator is operated at an operating frequency of 2 Hz, and FIG. FIG. 2B is a side view showing the operation of the bimorph element 1. FIG. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Bimorph element, 2... Drive input circuit, 3...
...Polarity switching circuit, 4... Constant voltage circuit, 5... Control circuit, 21.22... Voltage limiting circuit, 210, 220
...Shockley diode, 212, 222...
- Thyristor, Hl, Hz...electrostrictive plate, S...center electrode, Tl, T2...electrode.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)中央電極の両側に厚み方向に分極された電歪板を
それぞれ少なくとも1個有し且つ各電歪板の中央電極に
対向する面上に電極を有し、中央電極に対して互いに対
称の位置に配置された電歪板の分極方向を同一にしたバ
イモルフ素子と、中央電極に負の分極面が接する電歪板
側の各電歪板の正の分極面に接する電極の各々に第1の
電圧制限回路の陰極を接続し、中央電極に正の分極面が
接する電歪板側の各電歪板の負の分極面に接する電極の
各々に第2の電圧制限回路の陽極を接続し、第1の電圧
制限回路の陽極および第2の電圧制限回路の陰極を共通
にして一方の駆動入力端子とし、中央電極および電圧制
限回路の接続されていない電極を共通にして他方の駆動
入力端子とした駆動入力回路と、この駆動入力回路に電
圧を印加するための定電圧回路と、この定電圧回路と前
記駆動入力回路との間にあって駆動入力回路の駆動入力
端子に与える電圧の極性を切り替える極性切替回路とを
具備する圧電アクチュエータにおいて、前記第1または
第2の電圧制限回路の少なくとも一方が一定の電圧でタ
ーンオンするpnpn素子回路で構成され、このpnp
n素子回路の陽極が定電圧回路の陰極に対応しpnpn
素子回路の陰極が定電圧回路の陽極に対応するように接
続されていることを特徴とする圧電アクチュエータ。
(1) Each has at least one electrostrictive plate polarized in the thickness direction on both sides of the central electrode, and each electrostrictive plate has an electrode on the surface facing the central electrode, and is symmetrical with respect to the central electrode. A bimorph element with the polarization direction of the electrostrictive plates arranged in the same position, and an electrode in contact with the positive polarization plane of each electrostrictive plate on the electrostrictive plate side where the negative polarization plane is in contact with the center electrode, respectively. Connect the cathode of the first voltage limiting circuit, and connect the anode of the second voltage limiting circuit to each electrode in contact with the negative polarization surface of each electrostrictive plate on the electrostrictive plate side whose positive polarization surface is in contact with the center electrode. The anode of the first voltage limiting circuit and the cathode of the second voltage limiting circuit are used as one drive input terminal, and the center electrode and the unconnected electrode of the voltage limiting circuit are used as the other drive input terminal. A drive input circuit as a terminal, a constant voltage circuit for applying voltage to the drive input circuit, and a voltage circuit between the constant voltage circuit and the drive input circuit that controls the polarity of the voltage applied to the drive input terminal of the drive input circuit. In the piezoelectric actuator equipped with a switching polarity switching circuit, at least one of the first or second voltage limiting circuit is configured with a pnpn element circuit that turns on at a constant voltage, and the pnp
The anode of the n-element circuit corresponds to the cathode of the constant voltage circuit, pnpn
A piezoelectric actuator characterized in that a cathode of an element circuit is connected to correspond to an anode of a constant voltage circuit.
(2)pnpn素子回路は、pnpn素子であるサイリ
スタと、一定の電圧が印加されると前記サイリスタのを
ターンオンさせるツェナーダイオードとから成る特許請
求範囲第1項記載の圧電アクチュエータ。
(2) The piezoelectric actuator according to claim 1, wherein the pnpn element circuit comprises a thyristor, which is a pnpn element, and a Zener diode that turns on the thyristor when a certain voltage is applied.
(3)pnpn素子回路は、pnpn素子であるサイリ
スタと、一定の電圧が印加されると前記サイリスタのを
ターンオンさせる第1のツェナーダイオードと、前記サ
イリスタに極性を反対にして直列接続された第2のツェ
ナーダイオードとから成る特許請求範囲第1項記載の圧
電アクチュエータ。
(3) A pnpn element circuit includes a thyristor which is a pnpn element, a first Zener diode that turns on the thyristor when a certain voltage is applied, and a second Zener diode connected in series with the thyristor with opposite polarity. A piezoelectric actuator according to claim 1, comprising a Zener diode.
(4)pnpn素子回路は、pnpn素子に対して逆極
性で並列接続されたツェナーダイオードまたはダイオー
ドを有する特許請求範囲第1項記載の圧電アクチュエー
タ。
(4) The piezoelectric actuator according to claim 1, wherein the pnpn element circuit includes a Zener diode or a diode connected in parallel with the pnpn element with opposite polarity.
(5)定電圧回路の供給電圧Vcは電歪板の分極劣化電
圧Vd以上であり、電圧制限回路が極性切替時以外に通
常制限している電圧Vは、 (Vc−Vd)/2<V<Vc を満足する特許請求範囲第1項記載の圧電アクチュエー
タ。
(5) The supply voltage Vc of the constant voltage circuit is higher than the polarization deterioration voltage Vd of the electrostrictive plate, and the voltage V normally limited by the voltage limiting circuit except when switching polarity is (Vc-Vd)/2<V A piezoelectric actuator according to claim 1, which satisfies <Vc.
JP59254243A 1983-12-09 1984-12-03 Piezoelectric actuator Granted JPS61135368A (en)

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