JPS62230068A - 圧電素子の駆動方法 - Google Patents
圧電素子の駆動方法Info
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- JPS62230068A JPS62230068A JP61074079A JP7407986A JPS62230068A JP S62230068 A JPS62230068 A JP S62230068A JP 61074079 A JP61074079 A JP 61074079A JP 7407986 A JP7407986 A JP 7407986A JP S62230068 A JPS62230068 A JP S62230068A
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- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 abstract description 9
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 abstract description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
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
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/802—Drive or control circuitry or methods for piezoelectric or electrostrictive devices not otherwise provided for
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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。
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、正弦波や矩形波等の交流電圧を印加して圧電
素子を駆動する駆動方法の改良に関するものであり、特
に、変位量が大きく、発熱量が少ない、圧電素子の駆動
方法に関するものである。
素子を駆動する駆動方法の改良に関するものであり、特
に、変位量が大きく、発熱量が少ない、圧電素子の駆動
方法に関するものである。
圧電素子の駆動方法としては、従来、正弦波や矩形波等
の交流電圧を用い圧電素子を駆動している。しかし、こ
の方法では圧電素子の分極方向とは逆方向にも電圧を印
加することになり圧電素子の特性を劣化させるとともに
、発熱量を増大させる欠点があった。
の交流電圧を用い圧電素子を駆動している。しかし、こ
の方法では圧電素子の分極方向とは逆方向にも電圧を印
加することになり圧電素子の特性を劣化させるとともに
、発熱量を増大させる欠点があった。
このような従来技術の問題点を解消するものとして、交
流電圧の中でも分極時の印加電圧と同方向の側（以降、
十電圧側と呼ぶ）のみを印加する駆動方法が採用されて
いる。
流電圧の中でも分極時の印加電圧と同方向の側（以降、
十電圧側と呼ぶ）のみを印加する駆動方法が採用されて
いる。
しかしながら、上記の方法では、発熱量の問題は解消す
るが、印加電圧の半分しか使用しておらず、変位量等が
半減し、効率が劣る欠点があった。
るが、印加電圧の半分しか使用しておらず、変位量等が
半減し、効率が劣る欠点があった。
本発明の目的は、発熱量が少なく、印加電圧全体を用い
、変位量等が大きく、効率の高い、圧電素子の駆動方法
を提供することである。
、変位量等が大きく、効率の高い、圧電素子の駆動方法
を提供することである。
上記目的を達成するなめに、本発明は、正弦波や矩形波
等の交流電圧を印加し圧電素子を駆動する方法において
、もとの交流電圧に直流電圧を重畳することを特徴とす
るものである。
等の交流電圧を印加し圧電素子を駆動する方法において
、もとの交流電圧に直流電圧を重畳することを特徴とす
るものである。
第１図は、本発明における印加電圧の基本パターン説明
図である。図において、ａは交流電圧Ｖｌｓｉｎωｔ、
ｂは直流電圧Ｖ０をそれぞれ示し、■。〉■、の関係に
ある。このような関係にある交流電圧ａと直流電圧を重
畳した場合には、曲線Ｃで示すような■。＋Ｖ 、ｓｉ
ｎωｔで表わされる印加電圧となり、したがって、圧電
素子への印加電圧Ｖ ｉｎは、交流成分Ｖｌｓｉｎωｔ
に■、より大きい直流電圧ｖ０を重畳しており、印加電
圧Ｖ ｉＲは負電圧にはならない。
図である。図において、ａは交流電圧Ｖｌｓｉｎωｔ、
ｂは直流電圧Ｖ０をそれぞれ示し、■。〉■、の関係に
ある。このような関係にある交流電圧ａと直流電圧を重
畳した場合には、曲線Ｃで示すような■。＋Ｖ 、ｓｉ
ｎωｔで表わされる印加電圧となり、したがって、圧電
素子への印加電圧Ｖ ｉｎは、交流成分Ｖｌｓｉｎωｔ
に■、より大きい直流電圧ｖ０を重畳しており、印加電
圧Ｖ ｉＲは負電圧にはならない。
第２図は、交流電圧Ｖ。ｓｉｎωｔに直流電圧■。を重
畳するためのバイアス回路の一例を示したものである。
畳するためのバイアス回路の一例を示したものである。
交流電源１により発生された交流電圧■。ｓｉｎωｔは
コンデンサ２とダイオード３とによるバイアス回路によ
り、端子４，５間の出力電圧Ｖｉｆｉは（■。” Ｖｏ
ｓｉｎωｔ ）となり、第１図でＶ、＝Ｖ。の時の出
力波形を示すことになる。
コンデンサ２とダイオード３とによるバイアス回路によ
り、端子４，５間の出力電圧Ｖｉｆｉは（■。” Ｖｏ
ｓｉｎωｔ ）となり、第１図でＶ、＝Ｖ。の時の出
力波形を示すことになる。
上記の圧電素子の駆動方法は次の様に作用する。
一般に、比誘電率ε３３Ｔ／ε０で誘電損失ｔａｎδの
誘電体に電場強度Ｅｏ、角周波数ωの交流を印加した時
、単位時間、単位体積当りのエネルギー損失Ｗ、は次式
で表される。
誘電体に電場強度Ｅｏ、角周波数ωの交流を印加した時
、単位時間、単位体積当りのエネルギー損失Ｗ、は次式
で表される。
Ｗｅ −＄ａ＋’・ｔｏ φＥ＠” ｌω壷ｔａｒ
１δ上式で、誘電損失ｔａｎδは圧電素子への入力電力
Ｗｉｆｌの何％が圧電素子内で損失として消費されるか
を示したものである。
１δ上式で、誘電損失ｔａｎδは圧電素子への入力電力
Ｗｉｆｌの何％が圧電素子内で損失として消費されるか
を示したものである。
誘電損失ｔａｎδの原因としては、圧電素子内部で多く
の原因が考えられるが、その一つとして、圧電素子の分
極方向とは逆方向に電圧を印加することにより分極の一
部を反転させることによるエネルギー損失（以下、ヒス
テリシス損と呼ぶ。）が考えられる。
の原因が考えられるが、その一つとして、圧電素子の分
極方向とは逆方向に電圧を印加することにより分極の一
部を反転させることによるエネルギー損失（以下、ヒス
テリシス損と呼ぶ。）が考えられる。
通常の交流電圧の印加方法では、上記のヒステリシス損
を考慮しておらず、例えば、変位量を大きく取るために
、印加電圧の振幅を大きくするにつれて分極の一部が反
転しエネルギー損失も急激に大きくなる欠点があった。
を考慮しておらず、例えば、変位量を大きく取るために
、印加電圧の振幅を大きくするにつれて分極の一部が反
転しエネルギー損失も急激に大きくなる欠点があった。
本発明による圧電素子の駆動方法では交流電圧に直流電
圧を重畳することにより、常に分極方向と同方向に直流
電圧が印加されており分極の反転は全く起らず、しかも
、圧電素子の駆動量は印加電圧の最低値（ＶＯＶ＋）か
ら最大値（Ｖ（＋＋Ｖｌ）に対応して変化し、通常の印
加方法での変位量と同等の変位量が得られる。
圧を重畳することにより、常に分極方向と同方向に直流
電圧が印加されており分極の反転は全く起らず、しかも
、圧電素子の駆動量は印加電圧の最低値（ＶＯＶ＋）か
ら最大値（Ｖ（＋＋Ｖｌ）に対応して変化し、通常の印
加方法での変位量と同等の変位量が得られる。
すなわち、本発明においては、圧電素子の入力電圧とし
て、正弦波や矩形波等の交流電圧に直流電圧を重畳した
入力を用いることにより、電気双極子の反転によるエネ
ルギー損失がなく、しかも、交流電圧の全振幅に対応し
た大きな変位量が得られることを特徴とするものである
。
て、正弦波や矩形波等の交流電圧に直流電圧を重畳した
入力を用いることにより、電気双極子の反転によるエネ
ルギー損失がなく、しかも、交流電圧の全振幅に対応し
た大きな変位量が得られることを特徴とするものである
。
以下、本発明を実施例に基ずいて詳細に説明する。
第３図および第４図とは本発明の詳細な説明するための
図である。
図である。
第３図は、本発明の実施例で用いた圧電素子の駆動方法
を示したものである。図において、圧電素子には、１０
ｍｍ角で厚さ０．２鶴の薄板状圧電シートを６０層積層
した積層型圧電素子６を用いた。
を示したものである。図において、圧電素子には、１０
ｍｍ角で厚さ０．２鶴の薄板状圧電シートを６０層積層
した積層型圧電素子６を用いた。
交流発振器ｌにより発生された交流電力はコンデンサ２
とダイオード３とによるバイアス回路により直流電圧を
重畳し、これを、アンプにより増巾した後、積層型圧電
素子６の電極？ａ、７ｂに接続した。
とダイオード３とによるバイアス回路により直流電圧を
重畳し、これを、アンプにより増巾した後、積層型圧電
素子６の電極？ａ、７ｂに接続した。
第４図は、上記の積層型圧電素子６を２０ｋｌｌｚの正
弦波で２０分間駆動した時の、印加電圧■と積層型圧電
素子６の表面の上昇温度との相関を示した図である。
弦波で２０分間駆動した時の、印加電圧■と積層型圧電
素子６の表面の上昇温度との相関を示した図である。
図中、１０は本発明による駆動方法を用い、交流電圧に
直流電圧を重畳して印加した時の、積層型圧電素子６の
表面温度上昇を示したものであり、１１はコンデンサ２
とダイオード３とによるバイアス回路を用いず端子８．
９から直接アンプを介して圧電素子６を駆動した時の、
印加電圧■と積層型圧電素子６０表面温度上昇との相関
を示した実験結果である。
直流電圧を重畳して印加した時の、積層型圧電素子６の
表面温度上昇を示したものであり、１１はコンデンサ２
とダイオード３とによるバイアス回路を用いず端子８．
９から直接アンプを介して圧電素子６を駆動した時の、
印加電圧■と積層型圧電素子６０表面温度上昇との相関
を示した実験結果である。
従来の駆動方法による表面温度上昇曲線１０では、印加
電圧の上昇に伴い表面温度が急激に上昇し、１２．５
Ｖでは約１００に上昇した。一方、本発明の駆動方法に
よる表面温度の上昇は従来例の約２分の−であり、１２
．５ Ｖでも５０にの上昇にとどまった。
電圧の上昇に伴い表面温度が急激に上昇し、１２．５
Ｖでは約１００に上昇した。一方、本発明の駆動方法に
よる表面温度の上昇は従来例の約２分の−であり、１２
．５ Ｖでも５０にの上昇にとどまった。
この結果、直流電圧１００Ｖを印加した時の積層型圧電
素子の変位量は、交流電圧印加前には５μｍであったも
のが、従来の駆動方法により交流電圧を印加した時には
、１μｍに低下したが、本発明の方法により交流電圧を
印加した後には、特性の劣化は見られず、直流変位量は
５μｍであった。
素子の変位量は、交流電圧印加前には５μｍであったも
のが、従来の駆動方法により交流電圧を印加した時には
、１μｍに低下したが、本発明の方法により交流電圧を
印加した後には、特性の劣化は見られず、直流変位量は
５μｍであった。
以上詳述したように、本発明による圧電素子の駆動方法
により、入力電力として、交流電圧に直流電圧を重畳し
たものを用いることにより、ヒステリシスロスを低減し
、発熱量を低減することが可能となり、より高電圧で安
定して圧電素子を駆動することが可能となった。
により、入力電力として、交流電圧に直流電圧を重畳し
たものを用いることにより、ヒステリシスロスを低減し
、発熱量を低減することが可能となり、より高電圧で安
定して圧電素子を駆動することが可能となった。
本実施例では、圧電素子として積層型圧電素子を用いた
が、他の形状、例えばユニモルフ型圧電素子やバイモル
フ型圧電素子、ランジュバン型圧電素子等、いずれかの
形状の圧電素子であっても良い。特にバイモルフ型圧電
素子の場合、２枚の圧電体に印加する電力の位相はトラ
ンスやＴＴＬにより１８０°づらしておくのが有効であ
る。
が、他の形状、例えばユニモルフ型圧電素子やバイモル
フ型圧電素子、ランジュバン型圧電素子等、いずれかの
形状の圧電素子であっても良い。特にバイモルフ型圧電
素子の場合、２枚の圧電体に印加する電力の位相はトラ
ンスやＴＴＬにより１８０°づらしておくのが有効であ
る。
また、交流電圧に直流電圧を重畳する方法は上記実施例
に限るものではなく、例えば、交流電源とは別に直流電
源から直流電圧を取り重畳することも良い。
に限るものではなく、例えば、交流電源とは別に直流電
源から直流電圧を取り重畳することも良い。
以上、詳述したことから、本発明による圧電素子の駆動
方法は次のような特有の効果を有する。
方法は次のような特有の効果を有する。
＋１１ 圧電素子内部で消費されるエネルギーが少な
く、高効率である。
く、高効率である。
（２）圧電素子の発熱量が少ない。
（３）その結果、駆動時の圧電素子の特性が安定する。
（４）より高電力の駆動が可能となり、変位量が大きく
なる等、より高効率で圧電素子を駆動することができる
。
なる等、より高効率で圧電素子を駆動することができる
。
（５）０以上の結果、本発明による圧電素子の駆動方法
は、圧電モータ、ドツトプリンター用素子、精密Ｘ−Ｙ
テーブル微調駆動部等の駆動機構として有効であること
は明らかである。
は、圧電モータ、ドツトプリンター用素子、精密Ｘ−Ｙ
テーブル微調駆動部等の駆動機構として有効であること
は明らかである。
第１図は本発明で用いる印加電圧の波形を例示した図、
第２図は本発明で用いる回路の一例を示した図、第３図
は本発明の実施例で用いた圧電素子の駆動方法を例示し
た図、第４図は実施例の圧電素子への印加電圧−表面の
温度上昇特性図である。 第１図 第２図 第３図 第４図 印加電圧 （Ｖ）
第２図は本発明で用いる回路の一例を示した図、第３図
は本発明の実施例で用いた圧電素子の駆動方法を例示し
た図、第４図は実施例の圧電素子への印加電圧−表面の
温度上昇特性図である。 第１図 第２図 第３図 第４図 印加電圧 （Ｖ）
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、正弦波または矩形波等の交流電圧に直流電圧を重畳
して圧電素子に印加することを特徴とする圧電素子の駆
動方法。 ２、上記直流電圧の大きさが、交流電圧の最大値以上で
あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の圧電
素子の駆動方法。 ３、上記圧電素子が積層型圧電素子であることを特徴と
する特許請求の範囲第１項または第２項に記載の圧電素
子の駆動方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61074079A JPS62230068A (ja) | 1986-03-31 | 1986-03-31 | 圧電素子の駆動方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61074079A JPS62230068A (ja) | 1986-03-31 | 1986-03-31 | 圧電素子の駆動方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62230068A true JPS62230068A (ja) | 1987-10-08 |
Family
ID=13536801
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61074079A Pending JPS62230068A (ja) | 1986-03-31 | 1986-03-31 | 圧電素子の駆動方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62230068A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02170003A (ja) * | 1988-12-23 | 1990-06-29 | Agency Of Ind Science & Technol | 圧電素子を用いた微動装置の駆動方法 |
| JPH04315484A (ja) * | 1991-04-15 | 1992-11-06 | Nec Corp | 圧電アクチュエータの駆動方法 |
| JP2011211059A (ja) * | 2010-03-30 | 2011-10-20 | Taiheiyo Cement Corp | 超音波発生器、超音波発生器の駆動方法及び超音波センサ |
| JP2012134428A (ja) * | 2010-12-24 | 2012-07-12 | Canon Inc | 圧電デバイスの駆動方法 |
| JP2016040990A (ja) * | 2014-08-13 | 2016-03-24 | セイコーエプソン株式会社 | 圧電駆動装置、ロボット、及び、それらの駆動方法 |
| JP2016143761A (ja) * | 2015-02-02 | 2016-08-08 | セイコーエプソン株式会社 | 圧電素子駆動回路、及び、ロボット |
| JP2018207661A (ja) * | 2017-06-02 | 2018-12-27 | Tdk株式会社 | 圧電駆動装置 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5642151A (en) * | 1979-09-14 | 1981-04-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Circuit for detecting and indicating peak value |
| JPS5815844A (ja) * | 1981-07-20 | 1983-01-29 | 株式会社東芝 | Ｘ線診断装置 |
-
1986
- 1986-03-31 JP JP61074079A patent/JPS62230068A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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