JPS62209877A - 圧電変位素子 - 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、プリンターの印字ヘッドを駆動したり１点字
練習機等に適用して、被駆動体に変位を与えるために用
いられる圧電変位素子に関する。

〈従来技術〉 複数枚の圧電素子を電気的並列になるように積層一体化
してなる圧電積層体を用いた圧電変位素子は公知である
。

〈発明が解決しようとする問題点〉 この圧電！ａ層屠体、その分極方向に従った電圧を印加
することにより伸張し、その印加を解除することにより
復動するものであって、該電圧印加により変位を取出し
得る。ところで、かかる圧電積層体を用いたものは、微
小な変位しか得ることができず、大変位を要する被駆動
体の移動には適用不能であった。

本発明は、かかる圧電積層体を変位発生源としながらも
、大きな変位を取出し得る圧電変位素子の提供を目的と
するものである。

く問題点を解決するための手段〉 本発明は、複数枚の圧電素子を電気的並列になるように
ｍ層一体化してなる圧電積層体の駆動側端面に、振巾増
幅用ホーンを結合し、その共振系で励起できるように、
圧電積層体の長さをｎ×ｃｓ　／　ｆに設定し、ホーン
の長さをｎＸｃｚ／ｆに設定したことを特徴とする圧電
変位素子。

ここでｆ；ホーンの共振周波数 ｎ；整数／２　（局、１．１展・・・）Ｃ１；圧電積層
体中の音速 ｃ２：ホーン中の音速 く作用〉 前記圧電積層体に、ホーンの共振周波数に一致する交番
電圧を印加すると、該積層体は振動を生じ、その振動は
ホーンで増幅され、その端部で、大きな振巾となる。

このホーンと積層体の接合端部の振動は、みかけ上は、
印加する周波数が高いために、最大伸張量と等しい変位
を生じたとものと同じとなり、前記ホーンの先端を、被
駆動体に連係すれば、実質上類被駆動体は、最大伸張量
と等しい変位が付与されることとなる。しかもこの変位
は、圧電積層体のみの場合に比して数十倍となる。

〈実施例〉 第１〜３図について本発明の一実施例を説明する。

ｌは、ＰＺＴ磁器からなる複数枚の圧電素子２を積層し
てなる圧電積層体であって、該圧電素子２を電気的に並
列になるように積層一体化してなるものである。

その結線構成を第２，３図について説明すると、圧電素
子２の夫々の８展層面には電極３ａ、３ｂが積層方向へ
交互に形成され、かつその周面には、二条の導体からな
る導電路４ａ、４ｂが形成されており、前記電極３ａは
導電路４ａに、電極３ｂは導電路４ｂに夫々接続され、
さらに前記導電路４ａ、４ｂはリード線５ａ、５ｂによ
り外部に引き出されて発振器６に接続される。また、前
記圧電積層体ｌの周囲にはエポキシ樹脂、シリコンゴム
等の絶縁層７が形成され、前記導電路４ａ、４ｂの絶縁
処理が施される。而て、各圧電素子２は電気的に並列状
態に置かれて発振器６に接続されることとなる。

前記圧電積層体１の駆動側端面には、アルミ合金、ステ
ンレス等の金属製の振巾増幅用ホーン１０が結合される
。その結合は、第２図のように、圧電積層体１の端面に
接着剤１１により接続することによりなされ得る。また
結合手段の他側としては、第３図のように、圧電素子２
の中心に透孔１２を形成とし、かつホーンｌＯの後端中
心に螺子孔１３を形成して、圧電積層体１の後端から螺
子杆１４を挿入し、前記螺子孔１３に螺合するとともに
、その後端をナツト１５で螺合緊締するようにしてもよ
い、前記ナツト１５と、最端部の圧電素子２間には１皿
バネ等を介装し、前記ナツト１５の締付けにより圧電素
子２に亀裂が生じないようにしてもよい。

第４図は、圧電積層体ｌの後端部に前記圧電素子２と同
径の金属ブロック１７を配設し、ナツト１５の締圧が、
圧電素子２の全面に均等にかかるようにしたものである
。

また第５図は、圧電積層体ｌの後端部に前記圧電素子２
と同径のアルミナ等の緩衝板１８と、金属板１９とを順
次配設したものであり、前記緩衝板１８により、圧電素
子２と金属板１９間の音！インピーダンス、熱膨張係数
の違いを緩和するようしたものである。前記金属板１９
は、金属ブロック１７と同様の機能を果す。

第１図に示すホーン１０は、前記圧電積層体１と同径の
円柱部２０と、その端面から段部２１を介して突出する
截頭円錐部２２とからなる段付コニカルホーンで構成さ
れる。

このホーンｌＯは、前記構成に限定されるものでは当然
なく、このほか截頭円錐形のみからなる単純コニカルホ
ーン、単純段付ホーン、段付エキスポネンシャルホーン
等種々の形状があり得る。

前記圧電積層体ｌ及びホーンｌＯにあって、その寸法を
説明する。

前記圧電積層体ｌは、直径５■−厚さ０．４ｍｍのＰＺ
Ｔ磁器を２０枚積層して、約８ｍｍの高さとしている。

この高さは、 ｆ：ホーンの共振周波数 ｎ；整数／２　　（３’！、　１　、１３４・）ＣＩ　
；圧電積層体中の音速 とすると、ｎｘｃ１／ｆ小−・嶋ｉに適合する。

また、前記ホーン１０は、円柱部２０の直径が５ｍｍで
あり、截頭円錐部２２の先端の直径を１．２ｍ層として
いる。そして、前記円柱部２０の長さを７ｍｍとし、截
頭円錐部２２の長さを８ｍｍとし、その全長を１５ｍｍ
としている。

この、ホーン１０の全長は、ホーン１０中の音速を０２
とすると、ｎｘｃｚ／ｆの式に適合する。また前記段部
２１の位置を振巾のメート位置となり、截頭円錐部２２
の先端が最大振巾位置となる。而で、前記圧電積層体１
の振巾を増幅するようにしている。

そして、前記発振器６にはホーン１０の共振周波数と一
致する周波数の交番電圧が印加される。

かかる構成において、前記発振器６にホーンｌ’　　Ｏ
ｗの入力パワーを与え、かつ駆動周波数を１５０ＫＨ２
とすると、第１図左部の振巾変位曲線に示す振巾を生じ
、截頭円錐部２２の先端の振巾は、ｔＯＵｍとなる。一
方、圧電Ｍ屠体のみの場合には、その変位は、０．３４
ｔｓであり、前記構成のものは約３０倍の変位を取出し
得ることとなる。

かかる構成からなる圧電変位素子は、印字ブリング−に
適用することができる。この場合には、指定ドツト数に
対応して多数集束し、所定圧電変位素子の発振器６にの
み交番電圧を印加し、その先端で印字プリンターのヘッ
ドを駆動させる。

また、同じく多数集束して１点字練習機としても用いる
ことができる。この場合には所定点字を構成するドツト
に対応する箇所の圧電変位素子の発振器６にのみ交番電
圧を印加することにより。

練習者の指先に触圧を与え、点字にされるのと同一の触
覚を得ることができ１点字練習に供し得ることとなる。

前記適用例にあって、截頭円錐部２２先端は発振器６の
電圧印加とともに伸縮するものであるが、この伸縮速度
は、周波数に対応して高速であるから、発振器６の電圧
印加中は、継続的変位が生じていると同じ状態となる０
例えば１点字練習機にあっても、その触圧は一定に感じ
る。（例えば蛍光灯の光のようなものである。） 〈発明の効果〉 本発明は、上述のように、圧″ＦＬＭ１層体の駆動側端
面に振巾増幅用ホーンを結合し、その先端を変位取出し
端としたから、大きな変位を取出すことができる等の優
れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

添付図面は本発明の実施例を示し、第１図は振巾変位曲
線とともに示す、圧電変位素子の一例の側面図、第２図
は圧電積層体１の縦断側面図、第３図は他の圧電積層体
ｌの固定例を示す縦断側面図、第４．５図は同じく他の
圧電積層体ｌの固定例を示す一部の縦断側面図である。 ｌ；圧電積層体　２；圧電素子　６：発振器ｌＯ：ホー
ン　２０；円柱ｆ’ｌｌ　　２１；段部２２；截頭円錐
部 第１図 第２図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 複数枚の圧電素子を電気的並列になるように積層一体化
   してなる圧電積層体の駆動側端面に、振巾増幅用ホーン
   を結合し、その共振系で励起できるように、圧電積層体
   の長さをｎ×ｃ＿１／ｆに設定し、ホーンの長さをｎ×
   ｃ＿２／ｆに設定したことを特徴とする圧電変位素子。 ここでｆ；ホーンの共振周波数 ｎ：整数／２（１／２、１、１（１／２）…） ｃ＿１；圧電積層体中の音速 ｃ＿２：ホーン中の音速