JPS61148885A - 圧電体変位装置 - Google Patents
圧電体変位装置Info
- Publication number
- JPS61148885A JPS61148885A JP59271229A JP27122984A JPS61148885A JP S61148885 A JPS61148885 A JP S61148885A JP 59271229 A JP59271229 A JP 59271229A JP 27122984 A JP27122984 A JP 27122984A JP S61148885 A JPS61148885 A JP S61148885A
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- JP
- Japan
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- piezoelectric
- displacement
- piezoelectric body
- parts
- zigzag
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- Pending
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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
- H10N30/206—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using only longitudinal or thickness displacement, e.g. d33 or d31 type devices
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】
産業上の利用分野
本発明は微小変位の！１ＩＪＩＩｌや、高速応答などに
使用する性能の優れた圧電体変位＠瞳に関するものであ
る。
使用する性能の優れた圧電体変位＠瞳に関するものであ
る。
従来の技術と問題点
圧電体は電圧を印加すると歪み、変位が得られる。この
変位量は一般に微小であり、実用レベルの変位量を得る
ために種々の工夫がなされいてる。
変位量は一般に微小であり、実用レベルの変位量を得る
ために種々の工夫がなされいてる。
複数枚の圧電板を積層した、いわゆる積層、変位体は圧
電板の縦効果変位を利用するもので、その圧電常数ｄ３
３は大きく有利である。しかし変位量は積層方向の長さ
に比例するため、必要な変位ｍを得るには多数の圧電板
をＷ４！ｌ！シなければならず、その作業は煩雑であり
、この種の装置が高価になる理由の一つであった。また
圧電板の変位はそれぞれ隣接する圧電板との接触部分を
通して積層方向に伝達されるが、その変位」は微小であ
るため、接触部分の状態によって全体の変位量が大きく
影響される。そして、繰返し使用するうちに接触部分の
状態が変り、特性が不安定になる欠点があった。
電板の縦効果変位を利用するもので、その圧電常数ｄ３
３は大きく有利である。しかし変位量は積層方向の長さ
に比例するため、必要な変位ｍを得るには多数の圧電板
をＷ４！ｌ！シなければならず、その作業は煩雑であり
、この種の装置が高価になる理由の一つであった。また
圧電板の変位はそれぞれ隣接する圧電板との接触部分を
通して積層方向に伝達されるが、その変位」は微小であ
るため、接触部分の状態によって全体の変位量が大きく
影響される。そして、繰返し使用するうちに接触部分の
状態が変り、特性が不安定になる欠点があった。
別の工夫として、圧電体の横効果を利用したバイモルフ
がある。バイモルフは、例えば金属板の両面にそれぞれ
圧電体シートを貼付けたもので、前記２枚の圧電体に適
当な電圧を印加することにより、一方の圧電体が伸びる
とき他方の圧電体は収縮して、金属板を一方向に曲げ−
るように作用させている。横効果の圧電常数ｄ３１はｄ
３３にくらべて小さく不利であるが、バイモルフは長さ
寸法の二乗に比例した大きな変位が得られる利点がある
。
がある。バイモルフは、例えば金属板の両面にそれぞれ
圧電体シートを貼付けたもので、前記２枚の圧電体に適
当な電圧を印加することにより、一方の圧電体が伸びる
とき他方の圧電体は収縮して、金属板を一方向に曲げ−
るように作用させている。横効果の圧電常数ｄ３１はｄ
３３にくらべて小さく不利であるが、バイモルフは長さ
寸法の二乗に比例した大きな変位が得られる利点がある
。
しかし、バイモルフには２枚の圧電板の接着や接合によ
る応力が作用していること、さらに屈曲による変位を得
るため、その端部を機械的に固定する際にはそれによる
応力も加わり、これらは熱的、経時的にも変化するので
、微小変位的に複雑な挙動を示す。そして、これらが屈
曲方向の角度に変化を与え、長さ寸法に比例した先端変
位として拡大され誤差となるため、熱的、経時的に不安
定になる欠点があった。
る応力が作用していること、さらに屈曲による変位を得
るため、その端部を機械的に固定する際にはそれによる
応力も加わり、これらは熱的、経時的にも変化するので
、微小変位的に複雑な挙動を示す。そして、これらが屈
曲方向の角度に変化を与え、長さ寸法に比例した先端変
位として拡大され誤差となるため、熱的、経時的に不安
定になる欠点があった。
問題点を解決するための手段
本発明は、ジグザグ状に形成した圧電体の横効果変位を
利用するもので、並置した圧電体動作部の伸縮方向を適
当に選ぶことにより、外形の長さ寸法は実質的に大きく
することなく、実際の長さを長くして大きな変位を得る
、上述した積層変位体の積層に起因する問題点や屈曲を
利用したバイモルフの不安定さなどがない圧電体変位装
置を提供するものである。
利用するもので、並置した圧電体動作部の伸縮方向を適
当に選ぶことにより、外形の長さ寸法は実質的に大きく
することなく、実際の長さを長くして大きな変位を得る
、上述した積層変位体の積層に起因する問題点や屈曲を
利用したバイモルフの不安定さなどがない圧電体変位装
置を提供するものである。
実施例
以下に本発明の一実施例を図面について説明する。第１
図および第２図において、１はチタン酸ジルコン酸鉛、
チタン酸バリウム等の圧電材料からなるジグザグ状の圧
電体で、長さ方向（図面上下方向）に並列に配置された
圧電体動作部ａ１． ｂｌ。
図および第２図において、１はチタン酸ジルコン酸鉛、
チタン酸バリウム等の圧電材料からなるジグザグ状の圧
電体で、長さ方向（図面上下方向）に並列に配置された
圧電体動作部ａ１． ｂｌ。
ａ２． ｂ２． ａ３と、これらと同一材料で、上端部
あるいは下端部において隣接するａ、 ｂ部を一体的に
連絡している連結部２からなっている。
あるいは下端部において隣接するａ、 ｂ部を一体的に
連絡している連結部２からなっている。
３は圧電体の一方の端部に設けられた変位の基準となる
支持体である。４は圧電体動作部ａｌ、 ｂｌ。
支持体である。４は圧電体動作部ａｌ、 ｂｌ。
ａ２． ｂ２．ａ３の厚さ方向の両面に塗布された銀、
白、金等からなる電極、５は互いに隣接するａ、 ｂ部
の電極間を電気的に接続する導電部で、反対の面も同様
に形成されている。６は圧電体の両、面に設けられた電
極間に電圧を印加するためのリード線、７は電源である
。矢印Ｐは圧電体の分極の方向を示すもので、第２図に
示す如く、この実施例ではａ部とｂ部では逆方向になっ
ており、同一面の電極をそれぞれ導電部５で接続し、両
面間に第２図に示す極性の電圧を印加するとき、ａ部は
矢印αで示すように長さ方向に伸び、一方、ｂ部は矢印
βで示す如く長さ方向に収縮する。
白、金等からなる電極、５は互いに隣接するａ、 ｂ部
の電極間を電気的に接続する導電部で、反対の面も同様
に形成されている。６は圧電体の両、面に設けられた電
極間に電圧を印加するためのリード線、７は電源である
。矢印Ｐは圧電体の分極の方向を示すもので、第２図に
示す如く、この実施例ではａ部とｂ部では逆方向になっ
ており、同一面の電極をそれぞれ導電部５で接続し、両
面間に第２図に示す極性の電圧を印加するとき、ａ部は
矢印αで示すように長さ方向に伸び、一方、ｂ部は矢印
βで示す如く長さ方向に収縮する。
このように、ジグザグ状圧電体は、圧電体動作部ａ、
ｂ部が連結部２で連結されており、−圧電体動作部の一
つが伸びる゛とき、隣接する圧電体動作部は縮むことに
よって、変□゛位は連結部を通して順次一方向に加算さ
れる。例えば、８１部の先端はΔｌａ１だけ上方に変位
する。′８２部の先端は“ｂ１部１の収縮による上方へ
□の変位Δｌ’ｂ１を加えて△／ ａ１’＋Δｌｂ１＋
Δｌａ２・ だけ上方に変位する。
ｂ部が連結部２で連結されており、−圧電体動作部の一
つが伸びる゛とき、隣接する圧電体動作部は縮むことに
よって、変□゛位は連結部を通して順次一方向に加算さ
れる。例えば、８１部の先端はΔｌａ１だけ上方に変位
する。′８２部の先端は“ｂ１部１の収縮による上方へ
□の変位Δｌ’ｂ１を加えて△／ ａ１’＋Δｌｂ１＋
Δｌａ２・ だけ上方に変位する。
同様に８３部の先端では、さらにｂ部部の収縮□による
上方への変位Δｌ ｂ２を加えて Δ／ ａ１＋Δ／ ｂ１＋Δｌａ２＋Δ／ ｂ２＋Δ／
ａ３だけ上方へ変位することになる。 すなわら、ａ
、ｂ各部がそれぞれ同−醗（ｂｌ）だけ伸縮したとすれ
ば、長さ方向の寸法ｌを実質的に変えることなく、全体
としての変位は並列に配置した圧電体動作部の使用本数
倍（ｎ・ｂｌ）に拡大される。
上方への変位Δｌ ｂ２を加えて Δ／ ａ１＋Δ／ ｂ１＋Δｌａ２＋Δ／ ｂ２＋Δ／
ａ３だけ上方へ変位することになる。 すなわら、ａ
、ｂ各部がそれぞれ同−醗（ｂｌ）だけ伸縮したとすれ
ば、長さ方向の寸法ｌを実質的に変えることなく、全体
としての変位は並列に配置した圧電体動作部の使用本数
倍（ｎ・ｂｌ）に拡大される。
このようなジグザグ状圧電体は次の方法で製作できる。
すなわち、常法により得たチタン酸ジルコン酸鉛やチタ
ン酸バリウムなどの圧電材料からなるグリーンシートを
、第１図に示すようジグザグ形状に打抜いた後焼成する
。ついで、圧電体動作部に相当する部分の両面に電極４
をスクリーン印刷法や蒸着法によって付着させ、ａ部、
ｂ部を第２図に示すように互いに厚さ方向に逆向に分極
する。しかる後、各面の電極４をそれぞれハンダ付け゛
などの方法で電気的に接続し、導電部５を形成する。こ
のようにして電圧を電極両面に印加することにより本発
明が実施される。もちろん、分極をａ部、ｂ部とも同じ
方向にした場合は、駆動時の電圧印加方向はａ部とｂ部
で逆方向としなければならない。尚、この例ではａ部が
伸び、ｂ部が収縮する場合について述べたが、ａ部が収
縮し、ｂ部が伸びる様にすれば、第１図で下方向に変位
が加算されることは容易に理解されよう。
ン酸バリウムなどの圧電材料からなるグリーンシートを
、第１図に示すようジグザグ形状に打抜いた後焼成する
。ついで、圧電体動作部に相当する部分の両面に電極４
をスクリーン印刷法や蒸着法によって付着させ、ａ部、
ｂ部を第２図に示すように互いに厚さ方向に逆向に分極
する。しかる後、各面の電極４をそれぞれハンダ付け゛
などの方法で電気的に接続し、導電部５を形成する。こ
のようにして電圧を電極両面に印加することにより本発
明が実施される。もちろん、分極をａ部、ｂ部とも同じ
方向にした場合は、駆動時の電圧印加方向はａ部とｂ部
で逆方向としなければならない。尚、この例ではａ部が
伸び、ｂ部が収縮する場合について述べたが、ａ部が収
縮し、ｂ部が伸びる様にすれば、第１図で下方向に変位
が加算されることは容易に理解されよう。
また、ジグザグ状圧電体を得る別の方法として、焼成し
た未分極の圧電板の圧電体１作部に相当する位置に、両
面に電極４を付着させた後、連結部２を残してカッター
等でスリットを入れ、分極する方法（分極した後スリッ
トを入れてもよい）やグリーンシートに白金、ニッケル
などの高融点の電極材を付着させた後、ジグザグ状に打
抜き、焼成するなど、種々な方法がとれる。
た未分極の圧電板の圧電体１作部に相当する位置に、両
面に電極４を付着させた後、連結部２を残してカッター
等でスリットを入れ、分極する方法（分極した後スリッ
トを入れてもよい）やグリーンシートに白金、ニッケル
などの高融点の電極材を付着させた後、ジグザグ状に打
抜き、焼成するなど、種々な方法がとれる。
第３図はジグザグ状圧電体の他実施例を示すもので（符
号は第１図と共通である）、圧電体動作部ａｌ、ａ２・
・・・・・ｂ５ 、 ａ部を円筒状に配置した場合を示
すものである。
号は第１図と共通である）、圧電体動作部ａｌ、ａ２・
・・・・・ｂ５ 、 ａ部を円筒状に配置した場合を示
すものである。
圧電体動作部ａ１ 、 ｂｌ 、 ａ２・・・・・・ｂ
５．ａ部 、各圧電体動作部の連結部２、内外面に塗布
された電極４、ａ部とｂ部の電極を接続する導電部５、
およびａ部とｂ部が肉厚方向に対し互いに逆方向に分極
されていること等は第１図と同様である。この場合、構
造上ａ１と８６部がスリット１０を介して隣接している
こと、および円筒外面の上部に電極のない部分８を設け
、内面の電極を上端エツジ部分まで伸ばし、内面の導電
部５′をこの部分に設けて、製造上の容易さを考慮して
いる点が異なる。第１図と同様に８１部の下端を固定し
、円筒内外面に電圧を印加するとき、各圧電体動作部ａ
ｌ、ｂ１．ａ２・・・・・・ｂ５、ｂ６の変位は一方向
に加算されて８６部で最大の変位量が得られることは明
らかである。
５．ａ部 、各圧電体動作部の連結部２、内外面に塗布
された電極４、ａ部とｂ部の電極を接続する導電部５、
およびａ部とｂ部が肉厚方向に対し互いに逆方向に分極
されていること等は第１図と同様である。この場合、構
造上ａ１と８６部がスリット１０を介して隣接している
こと、および円筒外面の上部に電極のない部分８を設け
、内面の電極を上端エツジ部分まで伸ばし、内面の導電
部５′をこの部分に設けて、製造上の容易さを考慮して
いる点が異なる。第１図と同様に８１部の下端を固定し
、円筒内外面に電圧を印加するとき、各圧電体動作部ａ
ｌ、ｂ１．ａ２・・・・・・ｂ５、ｂ６の変位は一方向
に加算されて８６部で最大の変位量が得られることは明
らかである。
このジグザグ状圧電体は、常法により圧電材料よりなる
円筒状焼成体を得た後、円筒内外面に非電極部分８およ
び連結部分２を残して常法により電極を塗布する。しか
る後、連結部２を残してカッターでスリット９および１
０を設けた後、第１図と同様に分極することにより得ら
れる。
円筒状焼成体を得た後、円筒内外面に非電極部分８およ
び連結部分２を残して常法により電極を塗布する。しか
る後、連結部２を残してカッターでスリット９および１
０を設けた後、第１図と同様に分極することにより得ら
れる。
第４図は圧電体動作部ａ１．ｂ１．ａ２．・・・・・・
ａｖ＋−＋、ｂ哨−１、ａｎを渦巻状に巻いて容積当り
の変位量を大きくしたジグザグ状圧電体の他実施例を示
すもので、基本的には第３図に示した実施例と同じもの
である。８１部を固定すればａｎ部で、ａｎ部を固定す
れば８１部で一方向最大の変位量が得られる。このジグ
ザグ状圧電体は圧電材料からなる常法で得たグリーンシ
ートの必要な部分に白金、ニッケルなどの高融点金属の
ペーストをスクリーン印刷して電極を形成した後、打抜
き法によりスリット部分を形成する。次いで渦巻状に巻
いた後、高温にて焼結し、前述した方法で分極すること
により得られる。
ａｖ＋−＋、ｂ哨−１、ａｎを渦巻状に巻いて容積当り
の変位量を大きくしたジグザグ状圧電体の他実施例を示
すもので、基本的には第３図に示した実施例と同じもの
である。８１部を固定すればａｎ部で、ａｎ部を固定す
れば８１部で一方向最大の変位量が得られる。このジグ
ザグ状圧電体は圧電材料からなる常法で得たグリーンシ
ートの必要な部分に白金、ニッケルなどの高融点金属の
ペーストをスクリーン印刷して電極を形成した後、打抜
き法によりスリット部分を形成する。次いで渦巻状に巻
いた後、高温にて焼結し、前述した方法で分極すること
により得られる。
これらの圧電体変位装置を実際に使用する場合には、弾
性エポキシ樹脂やシリコンゴムなと、変位を大きく妨げ
ない弾性物質の中に埋込んで使用することにより、横プ
レのない安定な変位が得られ、また取扱いが容易となる
。
性エポキシ樹脂やシリコンゴムなと、変位を大きく妨げ
ない弾性物質の中に埋込んで使用することにより、横プ
レのない安定な変位が得られ、また取扱いが容易となる
。
発明の効果
本発明は以上の如き構成を有するものであり、次のごと
き利点がある。
き利点がある。
■圧電横効果変位を利用するものであり、分極電圧や駆
動電圧を大きくすることなく、長さに比例した変位が得
られるが、本発明においては外形の長さ寸法を実質的に
は維持したまま、実効の長さを長くすることにより、大
きな変位が得られる。
動電圧を大きくすることなく、長さに比例した変位が得
られるが、本発明においては外形の長さ寸法を実質的に
は維持したまま、実効の長さを長くすることにより、大
きな変位が得られる。
すなわち、積層することによる繁雑さや、接合部分に起
因する問題や屈曲を利用するときの接合や固定部分に起
因して誤差が拡大される問題のない安定した大きな変位
が得られる。
因する問題や屈曲を利用するときの接合や固定部分に起
因して誤差が拡大される問題のない安定した大きな変位
が得られる。
■製法上の特別な繁雑さはなく、任意の大きさの変位が
容積的に優れた形状で得られる。
容積的に優れた形状で得られる。
■圧電体動作部ａ１．ｂ１．ａ２． ＋＋＋＋ ｂｌｖ
ｌ−ｔ 、ａｎヲ個々に駆動したり、あるいは、いくつ
かの任意の組合せで駆動することにより任意の大きさの
デジタル的変位が得られるので、電圧を連続的に変化す
れば、アナログ的な変位も得られ、デジタル−アナログ
の任意の変位が得られる。
ｌ−ｔ 、ａｎヲ個々に駆動したり、あるいは、いくつ
かの任意の組合せで駆動することにより任意の大きさの
デジタル的変位が得られるので、電圧を連続的に変化す
れば、アナログ的な変位も得られ、デジタル−アナログ
の任意の変位が得られる。
尚、上記実施例では、直流電圧を印加した場合について
述べたが、その他、交番する種々の電圧で駆動し、例え
ば共振状態で使用することもできる。
述べたが、その他、交番する種々の電圧で駆動し、例え
ば共振状態で使用することもできる。
第１図は本発明装置の一実施例を示す斜視図、第２図は
第１図に示した実施例の動作を説明するための図、第３
図、第４図は本発明装置のジグザグ状圧電体の他実施例
を示す斜視図である。 １・・・・・・ジグザグ状圧電体 ２・・・・・・連
結部３・・・・・・支持部 ４・・・・・
・電極５・・・・・・導電部
第１図に示した実施例の動作を説明するための図、第３
図、第４図は本発明装置のジグザグ状圧電体の他実施例
を示す斜視図である。 １・・・・・・ジグザグ状圧電体 ２・・・・・・連
結部３・・・・・・支持部 ４・・・・・
・電極５・・・・・・導電部
Claims (1)
- 厚さ方向に分極されたジグザグ状の圧電体の互いに隣接
する圧電体動作部が長さ方向に交互に伸び縮みし、それ
ぞれの変位量が加算されて全体として長さ方向に伸縮す
ることを特徴とする圧電体変位装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59271229A JPS61148885A (ja) | 1984-12-21 | 1984-12-21 | 圧電体変位装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59271229A JPS61148885A (ja) | 1984-12-21 | 1984-12-21 | 圧電体変位装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61148885A true JPS61148885A (ja) | 1986-07-07 |
Family
ID=17497148
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59271229A Pending JPS61148885A (ja) | 1984-12-21 | 1984-12-21 | 圧電体変位装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61148885A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5440194A (en) * | 1994-05-13 | 1995-08-08 | Beurrier; Henry R. | Piezoelectric actuators |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5851578A (ja) * | 1981-09-22 | 1983-03-26 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 圧電式変位素子 |
| JPS6033463B2 (ja) * | 1982-10-12 | 1985-08-02 | 光次 牛島 | 人工錬成餌料の製造方法 |
-
1984
- 1984-12-21 JP JP59271229A patent/JPS61148885A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5851578A (ja) * | 1981-09-22 | 1983-03-26 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 圧電式変位素子 |
| JPS6033463B2 (ja) * | 1982-10-12 | 1985-08-02 | 光次 牛島 | 人工錬成餌料の製造方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5440194A (en) * | 1994-05-13 | 1995-08-08 | Beurrier; Henry R. | Piezoelectric actuators |
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