JPS61148886A - 圧電体変位装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は微小変位の制御や、高速応答などに使用する性
能の優れた圧電体変位装置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。

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ｄ３３
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、必要な変位量を得るには多数の圧電板を
積層しなければならず、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、その変位量は微小であるため、
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
。

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。

問題点を解決するための手段 本発明は圧電体動作部分と変位拡大機構を一体化した圧
電体変位装置を提供するヤので、二本のビームと、これ
らを互いに固定する支持部と、前記二本のビーム閤に懸
け渡された圧電体動作部とが一体に成型されたことを特
徴とするものである。

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一体に焼成された圧電体で、二本
のビーム２、前記二本のビームの端部を固定する支持部
３、および前記二本のビームの中間部に懸け渡された圧
電体動作部４からなっている。５は圧電体動作部の両面
にスクリーン印刷法や蒸着法で付着されている銀や白金
等からなる金属電極である。圧電体動作部５は第２図に
おいて矢・印Ｐで示すように分極されており、電源６に
よりリード線７を通して図の極性の電圧を印加すれば、
矢印αで示すように長さく図で上下）方向に収縮する。

上述の如く、圧電体動作部４に電圧を印加すると、この
部分は収縮し、この収縮量はビーム先端で拡大される。

即ち、第３図に示した如く、収縮量Δ１１は支持ａｌＳ
３から圧電体動作部４およびビーム先端までの長さをそ
れぞれａ、ｂとし、ビームの一方を固定した場合、他方
のビーム先端の変位Δ１２は略り／ａ倍に拡大される。

第４図は支持部３をビーム２の中央寄りに、圧電体動作
部４を圧電体１の端部に設けた他実施例を示したもので
、圧電体動作部４は第２図に示したものと同様に分極さ
れている。この場合、圧電体動作ａ１４が上下方向に収
縮するとき、ビーム２の先端は第３図で示した方、向と
は逆方向（上方向）に変位する。もちろん圧電体動作部
が上方向に伸びたときは、ビーム先端は下方向に変位す
る。

第５図は第１図に示した実施例の支持部３１．あるいは
第４図に示した実施例の支持部３をも圧電体動作部にし
たもので、両者とも電極５が付着されており、分極され
ている。そして、分極方向あるいは印加電圧の極性を考
慮することによって二つの圧電体動作部の一方が上下方
向に伸びるとき、他方の圧電体動作部は逆に上下方向に
収縮するようにして、ビーム２先端の変位を拡大させる
ものである。この場合、圧電体動作部は２個所にあるが
、これらが伸縮し、ビーム先端の変位が拡大さ。

れるとき、他方の圧電体動作部は支持部の役雫を果たし
ているので、本発明の技術的範囲に含まれるものである
。

第６図は、第１図に示した変位拡大機構を持つ圧電体３
個を一体に形成したもので、第１図の場合の３倍の変位
拡大能力を有する圧電体装置であり、一端側のビームＹ
を固定したとき、他端側のビーム２の先端が拡大されて
変位することは、これまでの説明で′明らかである。

これら変位拡大機構をもプた圧電体装置は次の様にして
製作する。即ち、チタン酸ジルコン酸鉛やチタン酸バリ
ウムを原料として、常法によりグリーンシートを得、こ
れを各実施例に示した形状に打抜き、常法により焼成体
を得る。次いで圧電体動作部に相当する部分両面に電極
をスクリーン印１１法や蒸着法により付着させた後、こ
の部分に直流高電圧を印加し、分極することによって完
成させる。なお、図面では圧電体動作部４のみに電極を
付着させ、分極されているが、圧電体内の応力はできる
だけ小さい方が好ましいから、圧電体動作部４の動作に
支障のない範囲で、電極形状、分極範囲を任意に変更で
きる。例えば、第１．４図の実施例では、全体に電極を
付着し、分極した後、圧電体動作部のみに電圧が印−加
されるように、電極のみを電気“的に切離すこともでき
る。

これまでの説明では圧電体動作部の動作として、収縮方
向、または伸長方向のいずれかを用いることを述べてき
たが、収縮−伸長の二状態間を利用して、より大きな変
位を得ることもできる。また、圧電体動作部を収縮方向
に変位させる場合や、あるいはバイアス電圧を用いる場
合には電歪材料は電圧を印加したとき、それと直角方向
には電圧の極性に無関係に、電圧の二乗に比例した収縮
変位を生じる。電圧の印加により生じた歪を利用する本
発明では、電歪材料も本発明に含まれるものである。電
歪材料を用いた装置は分極処理が不要な点を除き、圧電
体と全く同様な方法で製作できる。

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、接着部や
接合部分がなく、さらに変位拡大機構まで一体に形成さ
れているから、接着や接合部分に起因する不安定性や、
別の拡大機構を付加するときの、いわゆるガタッキの問
題も解消できる上、大幅に小形軽量化が計れる。また曲
げによる変位の拡大ではなく、直接、伸縮による変位を
利用しているから、取付部分の応力による誤差が拡大さ
れることもなく、安定な変位が得られる。さらに、本発
明は接着や積層といった繁雑な工程は必要でなく、容易
に同一性能のものが製造できることは大きな特徴で、必
要によっては複数個の圧電体を重ねて用いれば、耐荷重
用途にも使用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の一実施例を示す斜視図、第２図は
本発明装置の動作を示す概略図、第３図は本発明装置に
おける拡大機構の動作説明図、第４図、第５図および第
６図は本発明装置の他実施例を示す正面図である。 １・・・・・・圧電体　　２・・・・・・ビーム３・・
・・・・支持部　　４・・・・・・圧電体動作部５・・
・・・・電極 λ　１　図 大　７　回　　　　　　　　　　オ　３　刃）４回　　
　　　　　　才　ら　目 方　Ｌ　目

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 二本のビームと、これを互いに固定する支持部と前記二
   本のビーム間に懸け渡された圧電体動作部とが一体に成
   型されたことを特徴とする変位拡大機能を有する圧電体
   変位装置。