JPS62298189A

JPS62298189A - 圧電アクチユエ−タ

Info

Publication number: JPS62298189A
Application number: JP61141655A
Authority: JP
Inventors: Hiromitsu Fujii; 藤井　博満
Original assignee: Sumitomo Special Metals Co Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1986-06-18
Filing date: 1986-06-18
Publication date: 1987-12-25
Also published as: JPH0410750B2

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】３、発明の詳細な説明利用産業分野この発明は、ワイヤートッドプリンターヘッドやリレー
等の駆動源として多用されている圧電アクチュエータの
改良に係り、圧電すべり効果を利用した圧電磁器を用い
ることにより、小駆動電圧にて所要の大きな機械的変位
が得られる圧電アクチュエータに関する。

背景技術圧電アクチュエータは、電磁方式のアクチュエータと比
較して、エネルギ効率が良く、かつ、軽量、小型化に最
適なことから、ワイヤートッドプリンターヘッドや各種
のスイッチ、リレー等の駆動源として、多種の分野にて
多用されている。

一般に、かかる圧電アクチュエータとして、第６図に示
す如き圧電バイモルフ構造が知られており、例えば、両
主面に電極（２Ｘ３）を被着形成した矩形板状からなる
圧電磁器板（１）と、りん青銅等からなる可撓性金属板
（４）とを積層固着し、その−万端を支持部（５）に固
定し、他方端を変位自由端となした構成からなる。

圧電磁器板（１）は、厚み方向（図で下向き）に分極さ
れた板状で、その両主面に電極（２Ｘ３）を被着形成し
てあり、電極（３）と電気的に接続された金属板（４）
と上面の電極（２）と間に、電極（２）側を十として所
要の電圧を印加することにより、上記構成の下電磁器板
（１）は、自由端側を図で矢印方向（図の下向き）に湾
曲変位し、作用部材（図示せず）を介して、当接あるい
は接続される種々部材に機械的変位を伝達し、種々用途
の圧電アクチュエータとして利用される。

上記の変位は、圧電磁器板（１）への電界Ｅの印加にと
もない、分極方向に対して直交方向にｄ３１の割りで縮
む、所謂圧電横効果を利用して発生させるものであり、
第６図において、圧電磁器板（１）の分極方向を逆にす
ると、変位方向が逆になる。

圧電アクチュエータとしては、前記第６図の構成のほか
、可撓性金属板の両面に圧電磁器板を配置し積層した構
成、あるいは該金属板を用いることなく、２枚の圧電磁
器板を直接積層した構成が知られており、いずれも圧電
磁器板の厚み方向すなわち駆動電界方向に分極方向を有
し、第６図の構成と同様に圧電横効果を利用して機械的
変位を得るものである。

今日、圧電アクチュエータには、その応答性向上ととも
に、低電圧駆動にて大きな機械的変位が得られる構成が
望まれているが、上記の各構成からなる圧電アクチュエ
ータではかかる要求を充分濁すことができないものであ
った。

すなわち、アクチュエータとしては、所要の変位量及び
発生力、駆動電圧の緒特性を満足するとともに、用途等
に応じた形状、寸法の要求をも満足する必要があり、従
来の圧電アクチュエータには、諸条件を任意選択できる
構成は提案されていなかった。

発明の目的この発明は、圧電横効果を利用する従来の圧電バイモル
フ構成の問題点に鑑み、新規な圧電バイモルフ構造から
なり、小駆動電圧にて得られる機械的変位を大幅に向上
させた圧電アクチュエータを目的としている。

発明の構成と効果この発明は、小駆動電圧にて所要の大きな機械的変位が
得られる圧電アクチュエータを目的に種々検討し、従来
の圧電バイモルフ構造にて利用する圧電横効果型（圧電
定数ｄ３１）に比べて、はぼｆＨ’ｒ。

の圧電すベリ効果型（圧電定数ｄ１５）が活用され得る
ことに着目し、さらに検討した結果、圧電すべり効果を
利用する構成からなる圧電磁器を、可撓性板、または従
来の圧電横効果を利用する圧電磁器板、あるいは前記両
方の板と積層一体化した構成とすることにより、小さな
駆動電圧にて大きな機械的変位が得られることを知見し
、この発明を完成したものである。

すなわち、この発明は、各々分極された複数の角柱状圧
電磁器を並列一体化した板状の両生面に電極を被着した
構成からなり、分極方向を並列方向に配しかつ隣接する
角柱状圧電磁器の各々の分極方向を相互に逆方向となし
て、圧電すべり効果にて変位する主圧電磁器板と、可撓
性板およびｌまたは厚み方向に分既方向を有し圧電横効
果にて変位する板状圧電磁器とを積層一体化したことを
特徴とする圧電アクチュエータである。

この発明による圧電磁器は、各分極方向を並列方向に配
しかつ隣接する角柱状圧電磁器の各々の分極方向が相互
に逆方向となるように配設してなる角柱状圧電磁器を並
列一体化した板状の両生面に電極を被着した構成からな
るが、これ単体では並列方向に伸縮することなく、可撓
性板、または従来の圧電横効果を利用する圧電磁器板、
あるいは前記両方の板と積層一体化することにより機械
的変位が得られる。

さらに詳述すれば、各角柱状圧電磁器は印加される電界
と直交方向に分極されて圧電すべり効果を得ることにな
り、該分極方向が相互に逆方向で、各々の歪方向が対向
し、可撓性板と一体化されて厚み方向の歪発生が抑止さ
れ、圧電磁器板と全体して長さ方向（並列方向）の歪発
生が顕著化され、一方向に大きく湾曲変位するものであ
る。

すなわち、圧電すべり効果にて変位する圧電磁器は、こ
れに積層する可撓性板および／または分極方向が板厚み
方向である従来の圧電磁器板の長さ方向に、歪を発生さ
せて伸長することになるため、印加電界の極性に拘らず
変位方向は一方向に限られる。

また、この発明による圧電アクチュエータは、片持梁構
成のほか、公知のいずれの支持方法であっても、同様の
効果が得られる。

この発明において、圧電すべり効果を得る圧電磁器には
、公知のいずれの組成の圧電磁器も利用でき、複数の角
柱状圧電磁器を一体化するための接着剤等には、エポキ
シ樹脂、ゴム、ポリエチレン、ナイロン、ポリエチレン
テレフタレート等が、利用でき、弾性率など物質性状や
該磁器間隔などを適宜選定する必要がある。

また、可撓性板には、りん青銅などの金属板、塩化ビニ
ルなどの合成樹脂板、グラスあるいはカーボンファイバ
ーと複合化した合成樹脂板、あるいは前記金属、合成樹
脂、ファイバーと複合化されたセラミックス板などが利
用でき、圧電磁器との積層に際しては、エポキシ、アク
リル、塩化ビニル、フェノール等の樹脂やＰＶＡ等の接
着物質を、所要の弾性率等に応じて適宜選定できる。

発明の図面に基づく開示第１図はこの発明による圧電磁器の平面図と側面説明図
であり、第２図から第４図はこの発明による圧電磁器を
用いた圧電アクチュエータの説明図である。第５図はこ
の発明による圧電磁器の製造工程を示す斜視説明図であ
る。

第１図に示すこの発明による主圧電磁器板（１０）は、
角柱状圧電磁器（１１）を複数本、図面では６本を並列
配置して一体化し、矩形板状になし、その両面に電極（
１２Ｘ１３）を着設したもので、図中矢印に示す如く、
各角柱状圧電磁器（１１）の分極方向を並列配置方向に
配し、かつ隣接する各々の分極方向を相互に逆方向とな
しである。

第２図に示す圧電アクチュエータは、前記の主圧電磁器
板（１０）の−主面に、可撓性金属板（工４）を接着剤
にて固着し、−万端を支持部材（１５）に固着して、片
持梁構成の圧電アクチュエータを形成している。

上記構成からなる圧電アクチュエータは、外方の電極（
１２）と金属板（１５）間に、電界Ｅを印加することに
より、圧電すべり効果にて図の下方向（白抜き矢印方向
）に湾曲変位する。

かかる圧電すべり効果を有効に活用するには、角柱状圧
電磁器（１１）の厚みｔ（電界方向）と長さｅ（分極方
向）との関係が、２ｔ≧Ｃ≧ｔの範囲内にあることが好
ましく、ｔ＝ｅの場合が最も好ましく、可撓性板および
ｌまたは圧電横効果を有する圧電磁器板の有無に関わら
ず、いずれの構成においても同様である。

第３図に示す圧電アクチュエータは、第２図の圧電バイ
モルフ構造に、さらに圧電横効果を付加したもので、厚
み方向に分極され、両主面に電極（１７Ｘ１８）を着設
した圧電横効果にて変位する他の圧電磁器板（１６）の
一方面に、上述した第２図の構成の金属板（１４）と主
圧電磁器板（１０）を順次積層固着し、積層体の一方端
を支持部材（１５）に固着して、片持梁構成の圧電アク
チュエータを形成している。

上記構成からなる圧電アクチュエータは、主圧電磁器板
（１０）の外方側電極（１２）と金属板（１４）間、及
び他方の圧電磁器板（１６）の外方側電極（１７）と金
属板（１４）間に、電界Ｅを印加することにより、圧電
すべり効果と圧電横効果にて図の下方向（白抜き矢印方
向）に湾曲変位する。

第４図に示す圧電アクチュエータは、第１図に示した圧
電すべり効果にて変位する主圧電磁器板（１０）と、前
記の圧電横効果にて変位する他の圧電磁器板（１６）と
を、電極（１３）（１８）を介して直接積層固着し、積
層体の一方端を支持部材（１５）に固着して、片持梁構
成の圧電アクチュエータを形成している。

第４図の圧電アクチュエータは、主圧電磁器板（１０）
の外方側電極（１２）と他方の圧電磁器板（１６）の外
方側電極（１７）間に、電界Ｅを印加することにより、
圧電すべり効果と圧電横効果にて図の下方向（白抜き矢
印方向）に湾曲変位する。

この発明による圧電磁器を工業的量産規模にて製造する
場合、第５図に示す製造方法によると効率よく製造でき
る。

詳述すると、厚み方向に分極処理された矩形板状圧電磁
器板（２０）を、例えば、比較的弾性率の小さなエポキ
シ樹脂を介し、分極方向が相互に逆向きとなるよう配列
して積層固着し、この積層体を２点鎖線にて示す如く、
所要厚みの集成材状の板となし、さらに、主面（切断面
）を研摩で研摩面となし、この研摩面にスパッタ法、蒸
着法、無電解めっき法などの手段にて、電極（１２Ｘ１
３）を被着形成することにより、この発明による圧電磁
器板（１０）を得ることができる。

実施例下記条件にて、可撓性金属板に圧電磁器を貼着しだ片持
梁構成の圧電アクチュエータを製造した。

圧電磁器；ジルコン・チタン酸鉛系圧電磁器寸法；長さ
３０ｍｍＸ幅６ｍｍＸ厚み０．３ｍｍ（電極を含む）電極；Ｎｉ−Ａｕ系合金、厚み０．５ｐｍ、蒸着法にて形成可撓性金属板；りん青銅寸法；長さ３０ｍｍＸ幅６ｍｍＸ厚み０．１ｍｍ接着剤
及び硬化剤；アラルダイトＡＷ１０６　、ハードナーＨＶ９５３Ｕ（
チバ・ガイギー社製）本発明による圧電磁器（第２図相当）は、長さＣＯ，ａ
ｍｍＸ幅６ｍｍＸ厚みｔ　Ｏ，３ｍｍの角柱状圧電磁器
を１００本使用して作製し、角柱状圧電磁器の接着及び
金属板との接着に際し、接着剤と硬化剤との混合比を１
０：１０と１０：６に選定した。

従来の圧電磁器（第６図相当）には、前記寸法の１枚板
を用い、金属板との接着に際し、接着剤と゛硬化剤との
混合比を１０：８に選定した。

得られた２種の圧電アクチュエータの外側電極と金属板
間に、直流１００ｖの電界を印加したところ、従来の圧
電アクチュエータでは、０．４１　ｍｍの変位量であっ
たが、この発明による圧電アクチュエータは、０．７７
ｍｍの大変位量を得るこができた。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による圧電磁器の平面図と側面説明図
であり、第２図から第４図はこの発明による圧電磁器を
用いた圧電アクチュエータの説明図である。第５図はこ
の発明による圧電磁器の製造工程を示す斜視説明図であ
る。第６図は従来の圧電アクチュエータの説明図である
。１０・・・主圧電磁器板、１１・・・角柱状圧電磁器、
１２．１３，１７．１８・・・電極、１４・・・可撓性
金属板、１５・・・支持部材、１６．２０・・・圧電磁
器板。

Claims

【特許請求の範囲】１各々分極された複数の角柱状圧電磁器を並列一体化した
板状の両主面に電極を被着した構成からなり、分極方向
を並列方向に配しかつ隣接する角柱状圧電磁器の各々の
分極方向を相互に逆方向となして、圧電すべり効果にて
変位する主圧電磁器板と、可撓性板および／または厚み
方向に分極方向を有し圧電横効果にて変位する板状圧電
磁器とを積層一体化したことを特徴とする圧電アクチュ
エータ。