JPS61152086A - 積層型圧電駆動装置の使用方法 - Google Patents

積層型圧電駆動装置の使用方法

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JPS61152086A
JPS61152086A JP59272794A JP27279484A JPS61152086A JP S61152086 A JPS61152086 A JP S61152086A JP 59272794 A JP59272794 A JP 59272794A JP 27279484 A JP27279484 A JP 27279484A JP S61152086 A JPS61152086 A JP S61152086A
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JP
Japan
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piezoelectric element
piezoelectric
laminated piezoelectric
frequency
displacement
Prior art date
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Application number
JP59272794A
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English (en)
Inventor
Toshio Ishii
敏夫 石井
Koichiro Kurihara
光一郎 栗原
Shigeru Sadamura
定村 茂
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Proterial Ltd
Original Assignee
Hitachi Metals Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80Constructional details
    • H10N30/88Mounts; Supports; Enclosures; Casings
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/50Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure

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  • 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。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、電圧を印加して積層型圧電素子を変位させ
ることにより、被駆動物を駆動させる積層型圧電駆動装
置の使用方法に関する。
「従来の技術」 積層型圧電駆動装置としては、X−Yテーブル等の精密
位置決め装置(特開昭58−182882号公報)、あ
るいは圧電素子の伸縮を繰り返えすことにより被駆動物
を連続的に移動させる、ないしは打点をおこなう駆動装
置(特開昭58−188672号公報)等が存在してい
る。
連続的に移動させる駆動装置としては1例えば特公昭5
8−32518号公報に示されるような圧電モータが存
在している。この公報の圧電モータでは第1図に示した
ように、上下を二枚の板で挟持された積層型圧電素子を
縦振動(第1図矢印A方向)させることにより圧電モー
タを構成している。この場合、積層型圧電素子の各圧電
体の平面に垂直に荷重が働くので耐荷重性はよい、しか
しながら、積層型圧電素子の変位量は非常に小さいため
、駆動源として用いるためにはより大きい変位量のもの
が望まれている。
また、数百gmと比較的大きな変位量を得られるものと
して、薄い金属板等に一枚の薄い圧電板を接着して圧電
板の長手方向の変位をとるようにしたユニモルフ型圧電
変位素子、あるいは2枚の薄い圧電板を接着したバイモ
ルフ型圧電変位素子等が存在する。しかしながら、ユニ
モルフ型やバイモルフ型の圧電変位素子は、薄いので圧
電体の平面に垂直に働く荷重に弱く、実用上数gないし
数百gの荷重にしか耐え得ないので駆動装置に使用する
ことは困難であった。
「発明が解決しようとする問題点」 このように従来技術にあっても積層型圧電素子を利用し
た圧電駆動装置は存在するが、従来例では単に積層型圧
電素子に任意の電圧を印加し、その変位量を駆動源とし
て使用するだけであるので、小さな変位量しか得られず
、積層型圧電素子の特性を十分に活用しているとは言い
難い。
従ってこの発明においては、積層型圧電素子の振動特性
を活用し、より大きな変位量を得ることにより、駆動効
率が良くしかも荷重に強い積層型圧電駆動装置の使用方
法を提供することを技術的課題とする。
「問題点を解決するための手段」 本発明は上記問題点を解決したものであり、荷重に強く
、数百gから数kgオーダの荷重に耐えるように圧電体
を多数積層した積層型圧電素子を使用し、この積層型圧
電素子の共振周波数近傍で駆動させることを特徴とする
ものである。
本発明において、前記積層型圧電素子は、その一部を例
えば金属板等の他の部材に接着または穴に埋めこむ等に
より固定または保持して用いられるので、この固定また
は保持された状態で積層型圧電素子をその共振周波数に
より駆動することが重要である。このときの駆動周波数
は、積層型圧電素子単体での共振周波数に比べて低い周
波数となる。小さな周波数でも共振が生じるようにして
、その共振が生じる周波数近傍で駆動するために効率の
良い積層型圧電駆動装置の使用方法であるなお、積層型
圧電素子はその固定部と反対側の自由端部に印字用ピン
を取付けたり、積層型圧電素子の自由端部でロータを回
転できるようにして、積層型圧電駆動装置として使用さ
れるので、本発明における前記積層型圧電素子の共振周
波数とは、使用状態の系全体において得られる積層型圧
電素子の共振周波数をいうことは勿論である。また本発
明において積層型圧電素子には、通常発振器により所定
の周波数をもつ電圧を発生し、次いでアンプを介して電
圧が印加されるようになっている。
「作用」 上記の積層型圧電駆動装置は次の様に作用する、圧電体
に直流電圧を印加すると周知のように圧電体は収縮、膨
張、スベリ等を発生する。また、圧電体を金属板等の剛
体に接着しておき接着面と平行方向に収縮ないしは膨張
するように電圧を印加すると、圧電体は屈曲現象を示す
ことが良く知られている。
81層型圧電素子に適切な周波数の交流電圧を印加する
と、a層型圧電素子に共振が生じ、大きな変位量が得ら
れる。特に積層型圧電素子を金属板等に固定したときは
、積層型圧電素子単体での共振周波数に比べ、より低い
周波数で共振が生じて大きな変位量が得られる。よって
この積層型圧電素子が積層型圧電駆動装置として使用さ
れると、積層型圧電素子に取付けた印字ビンがより高効
率で打点作動をし、あるいは積層型圧電素子の近くに配
置したロータがより高効率で回転される。
「実施例」 以下、本発明を実施例に基ずいて詳細に説明する。
初めに本発明の実施例との比較のため、第1図ないし第
3図により比較例を説明する。
第1図は比較例の積層型圧電駆動装置であり、その積層
型圧電素子1は拘束されることなく縦方向に自由に振動
することができる。積層型圧電素子には1辺が1O1A
11角で、厚さ0.21111の薄板状圧電体2を60
層積層したものを用いた0図示を省略したが、積層型圧
電素子の電極3a、3bはアンプを介して発振器に接続
した。
第2図は比較例の積層型圧電素子のインピーダンス−周
波数特性を示すもので、共振周波数は1J3OkH2付
近にあり、実用に適した1−150kHzの周波数範囲
ではインピーダンス(Z)は単調に減少しており共振点
はあられれていない。
第3図はこの積層型圧電素子に5vの交流電圧を印加し
た時の変位量−周波数特性を測定した結果をまとめたも
ので、1〜30kH2と周波数の低い範囲で積層型圧電
素子の各圧電体の平面に垂直な方向の変位量は、約0.
18pmと一定値を示した。このように周波数の低い範
囲で変位が一定なのは、共振が生じていないためと考え
られる。
しかし共振周波数180kHz付近で駆動することは、
アンプ及び変位差計の機能の制約上、実施できなかった
ので当該周波数での変位量は大きいものとは予想される
がその実測値は不明である。
次に本発明の第1実施例を第4図ないし第6図により説
明する。
積層型圧電素子lは、−辺が10mm+角で厚さ0゜2
 omの薄板状圧電体2を60層積層し、各薄板状圧電
体はその上下面に絶縁された電極3a、3bが設けられ
るとともに、各薄板状圧電体に共通の外部電極3.3゛
が設けられたものを使用した。
a層型圧電素子lの第4図における下面をエポキシ系接
着剤で鉄板4に固定して用いた。なお鉄板4の大きさは
、縦、横がそれぞれlocm、8c+*で、厚さが0.
9c+mのものを使用した。積層型圧電素子1への電圧
の印加は、発振器5によりアンプ6を介して行なった。
第5図はこの時のインピーダンス−周波数特性のlO〜
30kHzの範囲での測定結果をまとめたものである。
第2図に示したごとく、比較例の使用方法では素子のイ
ンピーダンス(Z)は10〜170kHzの範囲で周波
数増加とともに単調に減少しているが、第5図に示す本
実施例ではlO〜30kHzの範囲で多数の共振点が現
われている。
第6図はこの時の変位量−周波数特性の測定結果をまと
めたものである。なお変位量は積層型圧電素子の圧電体
2の平面に垂直な方向の変位である。比較例では10〜
30kHzの範囲で変位量はほぼ一定値を示したが、本
実施例では第5図で示された共振周波数近傍で変位量が
急激に大きくなることが明らかである。
この結果、本実施例では、比較例に比べて共振がより低
い周波数で生じ、この周波数近傍で駆動量が急激に大き
くなった。また、積層型圧電素子1にIkgの荷重を加
えた場合も同様の結果を得、変位量は10〜20%減少
するのみであった。
なお、積層型圧電素子の固定側と反対の自由端部に図示
を省略した印字ピンが取付けられれば、印字ピンの打点
が行なえ、ロータが配置されればそれが回転される。
第7図は本発明の第2実施例の積層型圧電駆動装置であ
り、その積層型圧電素子の固定のし方を変更したもので
ある。この場合、a層型圧電素子1の第7図状態での下
部を鉄板4の浅い穴7に埋め込み機械的に固定して用い
た。なお鉄板4の大きさは第1実施例と同一にした。固
定方法としては4辺を均一に固定しても、また、対向す
る2辺のみを固定しても良く、両者共に第1実施例と同
様の結果を得た。
以上詳述したごとく、本発明は積層型圧電素子を適切な
周波数で駆動するので変位量が大きく、特に積層型圧電
素子を金属板等に固定することにより新たにより低い周
波数で共振が生じ、その共振周波数近傍で用いることに
より1パルス当たりの変位量が大きく、駆動特性が良い
、なお積層型圧電素子lの固定方法は上記実施例に限定
されるものではなく、また使用する周波数範囲も上記実
施例に限定されるものではなく、他の周波数であっても
、積層型圧電末子の共振周波数でありさえすれば、十分
本発明の効果を得ることができる。
さらに鉄板4に限らず他の金属板等の剛体でもよく、そ
の大きさも上記実施例に限定されない。
また、本発明で使用するa層型圧電素子には焼結済の薄
板状圧電体を多数枚、接着、積層して用いても良く、生
シートの薄板状圧電体に電極を塗布した後、多数、ラミ
ネートし、一体焼結した積層型圧電素子を用いても良い
「発明の効果」 以上、詳述したことから、本発明による積層型圧電駆動
装置の使用方法は次のような特有の効果を有する。
(1)通常の積層型圧電素子に比べて、より低電圧でよ
り大きな変位量を得ることができ、しかも高荷重に耐え
る。
(2)積層型圧電素子の一部を固定し、新たな共振を発
生させることにより、実用上、より使用し易い周波数域
でより大きな変位量を得ることができる。
(3)このため、駆動装置として示す変位量も■パルス
当り、より大きな変位量を得ることができ、より低い電
圧で所望の駆動特性を得ることができる。
(4)この結果1本発明による積層型圧電駆動装置は、
圧電モータ、ドツトプリンター用素子、精密X−Yテー
ブル微調機構部等の駆動機構として有効であることは明
らかである。
【図面の簡単な説明】
第1図は比較例の積層型圧電駆動装置の斜視図第2図は
第1図の装置のインピーダンス−周波数特性図、第3図
は第1図の装置の変位量−周波数特性図である。第4図
は本発明の第1実施例の積層型圧電駆動装置の斜視図、
第5図は第1実施例のインピーダンス−周波数特性図、
騎6図は第1実施例の変位量−周波数特性図、第7図は
本発明の第2実施例の積層型圧電駆動装置の斜視図であ
る。 l;積層型圧電素子  2;圧電体 4;鉄板

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)上下の面に互いに絶縁された電極を持つ薄板状圧
    電体を複数枚積層し、各薄板状圧電体に共通の外部電極
    を設けて積層型圧電素子を形成し、共通の外部電極を通
    して個々の薄板状圧電体に電圧を印加することにより積
    層型圧電素子が変位するようにした圧電駆動装置におい
    て、積層型圧電素子の共振周波数近傍で駆動することを
    特徴とする積層型圧電駆動装置の使用方法。
  2. (2)積層型圧電素子の一部を金属板等に固定または保
    持して使用するようにした特許請求の範囲第1項に記載
    の積層型圧電駆動装置の使用方法。
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