JPS6130975A

JPS6130975A - バイモルフ圧電振動装置ユニツト

Info

Publication number: JPS6130975A
Application number: JP15266884A
Authority: JP
Inventors: Akira Tomono; 明伴野
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1984-07-23
Filing date: 1984-07-23
Publication date: 1986-02-13

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、バイモルフ圧電振動装置をユニット化した
バイモルフ圧電振動装置ユニットに関するものである。

〈背景技術〉バイモルフ圧電振動装置は、圧電材料の進歩、駆動回路
の改良などによって、近年、小形、軽量、低電力、高速
なアクチュエータとして注目されている。代表的な用途
としては、ＶＴＲのヘッド移動、リレー、プリンタのハ
ンマーヘッド駆動などがある。しかし、これらの多くは
バイモルフ圧電振動子に一定極性の電圧を充・放電して
動作させるものが多く、シたがって大きな変位が得られ
ずまたヒステリシスによって変位特性が劣化するととが
あっな。また、前記バイモルフ圧電振動装置は過度な機
械的衝撃に弱いため実装上、保守上の取扱いに難点があ
った。このような理由で前記バイモルフ圧電振動装置を
アクチュエータとして使用する場合には、アクチュエー
タの電気的特性、機械的特性を十分に把握した上で、こ
れをふまえて装置を設計し、かつ製造・保守においても
極めて注意深い取扱いが必要であった。それゆえ従来の
バイモルフ圧電振動装置は汎用のアクチュエータとはな
り得ずオーダーメイドであった。

前記バイモルフ圧電振動装置を汎用化するためには、ま
ず大きな変位が得られるような駆動回路を用いることが
求められる。この問題については、本出願人が特願昭５
９−７５６３２により提案した「電工振動装置駆動回路
」により大きな改善が図られている。以下この駆動回路
の構成例を第２図に基いて説明する。第２図において、
ＺＤ、、ＺＤ２．　ＺＤ３．は定電圧ダイオードである
。ＺＤ　の動作電圧ｖ２ｏ３によって電源電圧が設定さ
れ、この電圧がＸＳによって切替えられて駆動入力回路
に印加される。ＺＤ、、ＺＤ２の動作電圧はｖ２゜３か
ら電歪板の分極劣化電圧を引いた電圧とする。乙の回路
を用いると、分極劣化電圧以下の電源を用い、極性を切
替えてバイモルフ圧電振動子１に印加する従来の駆動回
路に比べて２〜３倍の変化が得られ、さらに極性を切替
えず一定極性の分極劣化電圧以下の電圧を充・放電して
駆動する従来の駆動回路に比べると４〜６の変位が得ら
れろ。具体的には長さ４０＋ｗａ、幅１２ｍ程度のバイ
モルフで３馳以上の変位と３０　ｇｇ上の力を得ること
ができる。

〈発明が解決しようとする問題点〉しかしながら、前記バイモルフ圧電振動装置の汎用化の
ためには取扱いの容易な構造を実現することが必要であ
り、特に前記バイモルフ圧電振動子を大きく変位させる
場合、該振動子は変位動作時に機械的に破断しやすくな
るため、該振動子を保護する構造が望まれてくる。

前記振動子の破断防止については、該振動子の変位を所
定の範囲に拘束する拘束機構を用いることが、本出願人
が特願昭５９−８３７００により提案した「圧電駆動形
硬貨処理装置」に示されているが、これには前記バイモ
ルフ圧電振動装置の汎用化のための構造に関しては触れ
られていない。

乙の発明は、このような技術背景において、変位が大き
く、機械的信頼性が高くさらに取扱いを容易にして汎用
化を実現したバイモルフ圧電振動装置ユニットを提供す
ることを目的としている。

〈問題点を解決するための手段〉この発明は、上記目的を達成するため、極性を切替えて
電圧を印加する駆動回路により駆動されるバイモルフ圧
電振動子と、該バイモルフ振動子の一端が変位しうるよ
う該バイモルフ圧電振動子の他端が固定される基板と、
前記バイモルフ圧電振動子を包囲するよう前記基板に装
着されるカバー部材と、前記バイモルフ圧電振動子の変
位を所定の範囲に拘束する変位拘束機構と、前記バイモ
ルフ圧電振動子の一端の変位を外部に伝達するための変
位伝達機構とからなるものである。

く作　　月）この発明は、バイモルフ圧電振動装置を基板及びカバー
部材により包囲してこれをユニット化している。さらに
バイモルフ圧電振動子に極性を蜆替えて電圧を印加する
構成であるので、大きな変位が得られる。さらに該変位
を所定の範囲に拘束する変位拘束機構を備えて機械的信
頼性を高めている。

以上の作用により、前記バイモルフ圧電振動装置の汎用
を実現している。

〈実施例）第１図はこの発明の一実施例を示す図で、第１図ｔａ＋
は側面断面図、第１図（ｂ）は正面断面図である図に示
すように、１００はイモ４フ圧電振動装置ユニツト、１
はバイモルフ圧電振動子、２は基板、３は取付台、４は
カバーケース、５は変位拘束機構、６はねじ穴、６−１
はねじ、２１は変位伝達機構、１０は作用力伝達装置、
１１は棒状体１２は前記棒状体１１の中程を枢支する支
持部材５′は前記棒状体１１の揺動拘束＊＊である。

前記振動子１は基板２に設けられた取付台３の上にその
一端１ａが固定されるため、他端１ｂすなわち可動端近
傍は基板に対して一定の距離が隔てられている。この距
離は前記振動子１の曲げ破断限界内とする。したがって
、破断を防止し前記可動片１ｂを下方に変位させること
ができる。乙のようにこの実施例では前記基板１の上端
５ａが下方での前記変位拘束機構５となっている。一方
、前記振動子１の上部はカバーケース４によって覆われ
、前記振動子１の先端部と対面するケース４の一部分に
は上方曲げ破断限界内に前記振動子１の変位を拘束する
ための突起が設けられている。

。　　このような構造にし、極性を切替えて電圧を印加
することにより、振動子を破断限界内で上下振動させる
ことができる。また、該動端１ｂは外部の作用力伝達装
９１０の棒状体１１の端部１１ａと係合して同図のよう
に前記伝達装置１０を駆動す、　　る乙とができる。前
記棒状体１１は中程が枢支さ、　　れ、揺動可能になっ
ており、端部１ｂが次の機構に作用する。揺動拘束機構
は前記棒状体１１の回転を拘束する機構である。この機
構を設けた場合ある。

前記振動子１は各電極間の絶縁が十分に保ｔコれない場
合リーク電流によって、電歪板に十分な電圧が印加され
ず変位が劣化する原因になる。同図のように前記可動端
１ｂが他の機構１０と摺動する場合には電極の絶縁が保
たれないばかりではなく電極が剥がれることがある。し
たがって、少なくとも前記可動端１ｂ近傍は樹脂によっ
て絶縁コートするのが望ましい。これによって、前記可
動端１ｂの耐絶縁性、耐摩耗性が向上する。

基板２と取付は台３はプラスチックによる一体成形が望
ましい。また、カバー４は保守性を考慮し、透明なプラ
スチックで構成し、第１図ｆｂ）に示すようにはめ込み
式にするのがよい。

またこのユニット１００は他の装置にねじ６−１でねじ
止めすることができろ。

第３図はこの発明の他の実施例を示す。第３図において
、７は第２図ｆ１）、　＋２１．　（３１に対応するリ
ード端子、５０は基板２に設けられたツメ、５１はバイ
モルフ圧電振動装置ユニット１０１が装着すれる装置に
設けられたツメ受はカギ部である。第３図（ｂ）に示す
ように、本ユニット１０１は前記ツメ５０によって位置
が合わせられ、前記カギ部６によって止められる。

また第２図に示す実施例においては、第３図ｆａｌ中Ｂ
方向から作用力を取り出していたが、本実施例において
はＣ方向からの作用力の取り出しも可能としており、こ
れを第３図（Ｃ１に示す。同図は前記特願昭５９−８３
７００の硬貨収納機構に適用した実施例で、１６はバイ
モルフ圧電振動子１の先端に設けられた突出部、１７ば
硬貨、１８は軌道板、１９は扉機構、２０は１９を右回
転方向に付勢するねじりコイルバネである。

乙の動作を説明する。硬貨がない場合、扉機構１９はね
じりコイルバネ２０によって同図の位置に付勢されてい
る。このとき前記振動子１が同図のように下に変位する
と扉機構１９の先端は突出部１６によってロックされる
。転勤してくる硬貨１７は扉機構１９によって制止され
る。次に前記振動子１を上に変位させると突出部１６が
外れるため、硬貨１７は自重で扉機構１９を開き軌道を
通過する。硬貨１９が通過した後、扉機構１９はねじり
コイルばね２０によって復旧するため、バイモルフ１を
下に変位させると、扉機構１９は再びロックされる。

第４図は、この発明の他の実施例を示す。同第４図（ａ
ｌにおいて、２２は変位伝達機構、１１は棒状体、１４
は棒状体１１をその中程で枢支する支持部材、８はバイ
モルフ圧電振動子１の可動端ＩＤに付設さ之る係合体、
９は棒状体１１の作用端部である。前記振動子１の駆動
力は、棒状体１１′に伝達され、作用端部９を介して図
には示していない他の機構に作用する。棒状体１１の枢
支点及び前記係合体８との保合部の距離と、前記枢支点
及び作用端部９の距離の比を選ぶことによって、前記振
動子１の変位を拡大する乙とも、縮小することもできる
。前記棒状体１１が左に回転すると前記係合体８は、基
板２の５’　ａの部位に衝突し、右に回転すると、作用
端部９近傍が基板２の５′Ｄの部位に衝突するため、前
記振動子１の変位は所定の範囲に拘束される。なお、カ
バー４に設けられた窓１３の下端及び上端によって作用
端部９近傍の変位を拘束してもよい。また、カバー４は
第１図ｆｂｌに示したはめ込み式がよいが、基板２に接
着してもよい。

また、第４図（ｂｌに示すように、前記振動子１と前記
棒状体１１との係合は、該棒状体１１の一端に該棒状体
１１とＬ字形をなすよう腕１１ｃを延出し該腕１１ｃの
先端にてバイモルフを挾むようにしてもよい。

また、第４図のように、構成部品が多くなると前記作用
端部９が拘束機構の中央に設定されなくなる場合がある
。このような場合、本来の変位・発生力特性が得られず
、さらに前記振動子１に過度な力が加わることにより、
破断することも考えられる。このような問題を解決する
ため、前記振動子１の前記取り付は台３への取り付けを
ねじで行なうようにし、前記振動子１及び前記変位伝達
機構を取や付けた後、前記取し付は台３のねじにより前
記振動子１の取り付は角度を調節し、接着材で固定する
ようにして前記拘束機構に対し正確な相対位置に補正で
きる。

また、この他の方法として、拘束機構５′の位置を調節
して、前記棒状体１１との相対位置を補正するようにし
てもよい。

本実施例によれば、小形、薄形のユニットを提供できる
ものである。

第５図は、この発明の他の実施例を示し、第２図に示し
た駆動回路全て又は一部を基板内に実装したものである
。同図において、５３は駆動回路、５４は第２図θ点か
らの電源入力端子、５５は切替スイッチＸＳの制御端子
、５６は基板にプリント配線された第２図に示す駆動入
力回路のｆｉ＋　＋２１　（８）である。このように構
成する乙とで一層の汎用化を図ることができる。なお、
第２図の０点より右に示す回路は、バイポーラ素子で構
成できるため、ＩＣ化又は、へイブリットＩＣ化しても
よい。

第６図は、この発明の他の実施例を示す。同図において
、１′は中央電極が磁性体バネ３４で構成されたバイモ
ルフ圧電振動子、３０，３１は電歪板、３２，３３は電
極、３５．３６は磁性体である。３４と３５．３６のい
ずれか一方は永久磁石である。

第６図において前記振動子１′が破線のように上に変位
した位置をＳ＝０、Ｈ方向のガを正とする。Ｓ＝０にお
いてバイモルフは中央電極と３５との吸引力（第５−１
図破線■）によって安定に保持されている。下方に変位
するように電圧を印加すると、バイモルフには一点鎖線
のような力が発生するため、３５との吸引力に打ち勝っ
てＨの方向に変位する。バイモルフが下に変位すると３
６との引力によって先端は安定に保持される。乙のよう
に、バイモルフに発生する力は破線と一点鎖線との合力
となり実線で表わされる。変位到達点において発生力が
０でないため上下両側で安定に保持される。

また、この磁石機構は、第７図に示すように変位伝達機
構２４の棒状体１１に設ける構成にする乙ともできる。

第７図において、３５，３６．３７は磁性体で、３５，
３６と３７の少なくとも一方は永久磁石である。３５は
プラスチックケースの中に、３６は基板の中にそれぞれ
実装しであるものとする。また、３５の替りに基板内に
３５′をうめ込み、これと対向するように１１内に磁性
体３７′を設けててもよい。

以上、第１図、及び第３図ないし第７図に示した実施例
においては、バイモルフが２層構造の場合について延べ
たが、発生力の大きな多層バイモルフ圧電振動子を用い
てもよい。多層バイモルフについては本出願人による特
願昭５９−７５６２３「電歪振動装置駆動回路」に詳細
に述べているため、ここではその詳細は省略する。

また、第３図（ｄ）ζζこの発明のユニットを硬貨選別
機構に適用し、バイモルフ圧電振動子が下方に変位した
ときは扉機構をロックする構成例を示しているが、これ
とは反対に前記振動子が下に変位し、扉機構がロックさ
れているときには、硬貨は軌道外に排出され、前記振動
子が上に変位すると錠が外れ、硬貨は扉部材を押し退け
て軌道を通過する構成例も考えられる。

第９図は、硬貨収納機構に応用した例である。

同図において、２１はエスケープ機構、２５は脱落扉機
構、２６は第９−１図において、２５を右回転方向に付
勢するねじりコイルバネ、２４は錠前機構、２３は後続
硬貨阻止ピンである。才だ第９−２図はバイモルフとエ
スケープ機構との連続機構を示したものである。第９−
１図において、バイモルフが白矢印（図中左方）に変位
すると２４は外れるため硬貨１７は自ヌで２５を開き脱
落する。このとき、２３は後続硬貨の転勤を阻止する。

硬貨が脱落し、２５が２６によって復旧した後、１を黒
矢印（図中右方）にもどすと２５はロックされ２３は軌
道からぬけるため、２番目硬貨は転勤して先頭硬貨とな
る。このようにして、１枚づつ収納される。

第８，９図において、第３図の１クチユエータを用いた
場合を示したが、第４図を用いてもよいのは当然である
。

〈発明の効果〉以上説明したように、本発明は、バイモルフ圧電振動装
置をバイモルフ圧電振動子がカバー部材及び基板で包囲
されるユニット構造としているので、取り扱いが容易で
あり、変位拘束機構を備えているので機構的信頼性が高
いという効果がある。

また、中程を枢支された棒状体を介して前記振動子の変
位を伝達する構成をとるようにすると、さらに機構的信
頼性が高くなるという効果がある。

また、基板内に駆動回路を実装する構成をとるようにす
ると、電気的信頼性を高めることができるため、さらに
使い易くなるという効果がある。

これらの効果により、汎用アクチュエータとして従来の
電磁マグネットの代替になり得るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、バイモルフアクチュエータ駆動回路、第２〜
７図は本発明の実施例、第８，９図は硬貨機構への応用
例である。１・・・バイモルフ、２・・基板、３　バイモルフ取付
合、４　カバーケース、５・拘束機構、６　・基板取付
ネジ、７・　リード端子、８　バイモルフ接続機構、９
・−作用部、１０・作用力伝達機構、１１・　シーソー
機構、５３・・駆動回路、３４・・磁性バネ、３５，３
６・・固定磁性体（Ｃ）第２図（ａ）第６図（ａ）　　　　　　　　　　　　　　（ｂ）ψ 第１図手続補正書（自発）昭和５９年８月２９日

Claims

【特許請求の範囲】

（１）極性を切替えて電圧を印加する駆動回路により駆
動されるバイモルフ圧電振動子と、該バイモルフ振動子
の一端が変位しうるよう該バイモルフ圧電振動子の他端
が固定される基板と、前記バイモルフ圧電振動子を包囲
するよう前記基板に装着されるカバー部材と、前記バイ
モルフ圧電振動子の変位を所定の範囲に拘束する変位拘
束機構と、前記バイモルフ圧電振動子の一端の変位を外
部に伝達するための変位伝達機構とからなることを特徴
とするバイモルフ圧電振動ユニット。
（２）特許請求の範囲第１項記載のバイモルフ圧電振動
装置ユニットにおいて、前記変位伝達機構が、前記カバ
ー部材の前記バイモルフ圧電振動子の変位する端部近傍
を開口させると共に該端部によりその変位を外部に伝達
しうるようにしてなることを特徴とするバイモルフ圧電
振動装置ユニット。
（３）特許請求の範囲第１項記載のバイモルフ圧電振動
装置ユニットにおいて、変位伝達機構が、一端が前記バ
イモルフ圧電振動子の変位する端部と係合し他端が前記
カバー部材に形設される穴を遊貫する棒状体をその中程
にて前記バイモルフ圧電振動子と並列して前記基板に枢
支してなることを特徴とするバイモルフ圧電振動装置ユ
ニット。
（４）特許請求の範囲第１項ないし第３項記載のバイモ
ルフ圧電振動装置ユニットにおいて、前記バイモルフ圧
電振動子の少なくとも変位する絶縁コートを施したこと
を特徴とするバイモルフ圧電振動装置ユニット。
（５）特許請求の範囲第１項ないし第４項記載のバイモ
ルフ圧電振動装置ユニットにおいて、前記バイモルフ圧
電振動子及び該バイモルフ圧電振動子の変位に連動する
部材からなる可動部材に磁性部位を具設すると共に該磁
性部位に対応する固定磁性体を固設し、前記磁性部位及
び前記固定磁性体の少なくとも一方を磁化してこれらに
吸引力特性を生じせしめたことを特徴とするバイモルフ
圧電振動装置ユニット。
（６）特許請求の範囲第１項ないし第５項記載のバイモ
ルフ圧電振動装置ユニットにおいて、駆動回路が前記ユ
ニット内に実装されていることを特徴とするバイモルフ
圧電振動装置ユニット。