JPS6257265A - Driving piezoelectric element - Google Patents

Driving piezoelectric element

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JPS6257265A
JPS6257265A JP60196058A JP19605885A JPS6257265A JP S6257265 A JPS6257265 A JP S6257265A JP 60196058 A JP60196058 A JP 60196058A JP 19605885 A JP19605885 A JP 19605885A JP S6257265 A JPS6257265 A JP S6257265A
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JP
Japan
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voltage
polarization direction
piezoelectric element
polarization
electric field
Prior art date
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JP60196058A
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Japanese (ja)
Inventor
Akira Tomono
明 伴野
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

PURPOSE:To increase the displacement amount and the generated power by alternately applying electric fields of specific different waveforms in the same direction and reverse direction of the polarization, and to enable the polarization deteriorated due to application of voltage in the reverse direction of the polarization to be fully restored by applying voltage in the polarization direction. CONSTITUTION:When the withstand electric field strength of a piezoelectric element is Ec, the piezoelectric element is driven by applying, in the reverse polarization direction for time T, an electric field E the maximum value of which is in the range of (1/4)Ec and (9/10)Ec, and then applying an electric field which is equal to or greater than [E+(n/10)Ec] (n=0-10) for 0.5XTX10<-n+1> or longer in the polarization direction. For instance, in order to seek the voltage to be applied in the polarization direction in the case where voltage Vd is applied in the reverse polarization direction for Time To, and then the polarity is switched and voltage is applied in the polarization direction, if n is sought by using To=0.5ToX10<-n+1>, the result is about 0.7. If To= ToX10<-n+1> is used, n is 1. Therefore, it is only needed to apply in the polariza tion direction voltage of [Vd+0.7X(1/10)Vc]-[Vd+(1/10)Vc] or greater.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は強誘電体に分極処理を施した圧電素子に分極と
同方向および逆方向に交互に異なる波形の電解を加える
ことにより、圧電素子を歪ませる駆動法に関するもので
ある。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention is capable of producing a piezoelectric element by applying electrolysis of different waveforms alternately in the same direction and in the opposite direction to the polarization to a piezoelectric element in which a ferroelectric material is polarized. This relates to a driving method that distorts the .

〔従来の技術〕[Conventional technology]

近年、端末機器の小型、軽量化の要求に伴い電磁駆動部
品に代わる小型で効率の良いアクチュエータとして圧電
素子が注目されている。圧電素子はジルコン酸チタン酸
鉛等の材料に代表される強誘電体に高電界を加え分極を
形成した素子である。
In recent years, with the demand for smaller and lighter terminal equipment, piezoelectric elements have attracted attention as small and efficient actuators that can replace electromagnetic drive components. A piezoelectric element is an element in which a high electric field is applied to a ferroelectric material such as lead zirconate titanate to form polarization.

この素子に分極と同じ方向に電界を加えると電界に比例
して歪み、分極と逆方向に電界を加えると逆向きに歪む
ため、このときの発生力を取り出してアクチュエータと
して利用することができる。
If an electric field is applied to this element in the same direction as the polarization, it will be distorted in proportion to the electric field, and if an electric field is applied in the opposite direction to the polarization, it will be distorted in the opposite direction, so the force generated at this time can be extracted and used as an actuator.

第2図はこの応用例であり、薄く切断した強誘電体に分
極を施した圧電素子2枚を分極方向が同じになるように
張り合わせたバイモルフ素子である。同図において、1
はバイモルフ素子、Hl。
FIG. 2 shows an example of this application, and is a bimorph element in which two piezoelectric elements made by polarizing thinly cut ferroelectric materials are pasted together so that the polarization directions are the same. In the same figure, 1
is a bimorph element, Hl.

Hzは厚さh=0.1511の圧電素子、200は最大
電圧±Vpの交流電源、100はバイモルフ素子支持部
である。
Hz is a piezoelectric element with a thickness h=0.1511, 200 is an AC power supply with a maximum voltage ±Vp, and 100 is a bimorph element support portion.

動作を簡単に説明する。A点が正の場合、Hlは分極方
向に電圧が加わるため縮む方向に歪み、Hzは分極と逆
方向に同電圧が加わるため伸び方向に歪む。この結果、
バイモルフ素子1の先端は上に変位する。極性が替わり
A点が負になると、Hlは逆分極方向に電圧が加わって
伸び、Hzは分極方向に同電圧が加わって縮むためバイ
モルフ素子1の先端は下に変位する。Hl 、Hzに加
わる電圧をそれぞれ第3図(イ)、(ロ)に示す。この
ように交流電圧を印加すると先端は振動する。
Briefly explain the operation. When point A is positive, Hl is distorted in the shrinking direction because a voltage is applied in the polarization direction, and Hz is distorted in the elongation direction because the same voltage is applied in the opposite direction to the polarization. As a result,
The tip of the bimorph element 1 is displaced upward. When the polarity changes and point A becomes negative, Hl is extended by applying a voltage in the opposite polarization direction, and Hz is contracted by applying the same voltage in the polarization direction, so that the tip of the bimorph element 1 is displaced downward. The voltages applied to Hl and Hz are shown in Figures 3 (a) and (b), respectively. When an alternating current voltage is applied in this way, the tip vibrates.

電源電圧1Vplを上昇させながら先端振幅δを測定し
た結果を第4図に実線■として示す。同図では横軸に電
源電圧M7plをとり、縦軸に先端振幅δをとっている
。実線■によれば、δはVpにほぼ比例して上昇するが
、90V近くで急激に低下する。第5図はある1枚の圧
電素子(厚さ1 n)に逆分極方向に電圧を加えたとき
の伸び歪みΔlを電源電圧を速やかに上昇させながら測
定した結果である。逆分極方向に高電界が加わると歪量
は第4図に実線■と同様に急激に小さくなるが、これは
製造時に形成した分極が消滅または反転するためである
。歪量が急激に低下するときの電界Ecを抗電界強度と
呼ことにする。第5図の材料の場合E C−600V/
 tmである。第2図の圧電素子H1゜Hzはh =0
.15nゆえ抗電界強度Ecに対応する抗電圧Vcは9
0Vとなる。したがって、第4図の特性を短い時間で測
定した場合、先端振幅δが低下する電圧は抗電圧Vcに
等しくなる。
The results of measuring the tip amplitude δ while increasing the power supply voltage by 1 Vpl are shown in FIG. 4 as a solid line ■. In the figure, the horizontal axis represents the power supply voltage M7pl, and the vertical axis represents the tip amplitude δ. According to the solid line ■, δ increases almost in proportion to Vp, but rapidly decreases near 90V. FIG. 5 shows the results of measuring the elongation strain Δl when a voltage was applied to a piezoelectric element (thickness 1 nm) in the reverse polarization direction while rapidly increasing the power supply voltage. When a high electric field is applied in the direction of opposite polarization, the amount of strain decreases rapidly as shown by the solid line (■) in FIG. 4, but this is because the polarization formed during manufacturing disappears or is reversed. The electric field Ec at which the amount of strain rapidly decreases will be referred to as coercive electric field strength. For the material shown in Figure 5, EC-600V/
It is tm. The piezoelectric element H1°Hz in Fig. 2 is h = 0
.. 15n, so the coercive voltage Vc corresponding to the coercive electric field strength Ec is 9
It becomes 0V. Therefore, when the characteristics shown in FIG. 4 are measured over a short period of time, the voltage at which the tip amplitude δ decreases becomes equal to the coercive voltage Vc.

抗電圧Vcより低い電圧で振動させた場合でも長時間動
作させた場合には振幅の劣化が観測される。第6図はこ
の様子を示すグラフであり、横軸に動作時間、縦軸に振
幅δを採っている。第2図と同じバイモルフ素子を用い
た場合であるが、電源電圧IVplが30V以上で劣化
がみられ、電圧が高くなるに従って劣化が大きくなる。
Even when vibrating at a voltage lower than the coercive voltage Vc, deterioration of the amplitude is observed if the vibrator is operated for a long time. FIG. 6 is a graph showing this situation, with the horizontal axis representing the operating time and the vertical axis representing the amplitude δ. This is a case where the same bimorph element as in FIG. 2 is used, but deterioration is observed when the power supply voltage IVpl is 30 V or more, and the deterioration increases as the voltage increases.

この図から第2図の回路でバイモルフ素子を駆動した場
合、許容電圧は抗電圧Vcの1/3〜1/4以下である
ことが判る。したがって、劣化の少ない条件で使用する
ために、従来は分極方向および逆分極方向に抗電圧Vc
の173〜1/4以下の小さな電圧を印加しており、振
幅および発生力は非常に小さいものであった。
From this figure, it can be seen that when the bimorph element is driven by the circuit of FIG. 2, the allowable voltage is 1/3 to 1/4 of the coercive voltage Vc. Therefore, in order to use it under conditions with little deterioration, conventionally the coercive voltage Vc is applied in the polarization direction and the reverse polarization direction.
A small voltage of 173 to 1/4 or less was applied, and the amplitude and generated force were very small.

これに対して、本願発明者は分極方向と逆分極方向とで
異なる電圧を印加することにより、振幅および発生力を
一段と高めることができる駆動回路を提案した。第7図
はその回路図である。構成を簡単に説明する。一方の圧
電素子の正の分極面に接する電極に定電圧ダイオードz
D1の陰極を接続し、他方の圧電素子の負の電極面に接
する電極に定電圧ダイオードZD2の陽極を接続し、2
つの定電圧ダイオードの他端子を共通にして一方の入力
端子とし、中央電極Sを他方の入力端子としてこの間に
直流電圧を極性を切り替えて印加するものである。同図
において、3は極性切り替えスイッチ、4は電源電圧V
1をVo(=V1 +VZIIO)に昇圧するDC/D
CC/式−タ、5は切り替えスイッチ制御回路、6は定
電流回路である。
In response to this, the inventors of the present application have proposed a drive circuit that can further increase the amplitude and generated force by applying different voltages in the polarization direction and the reverse polarization direction. FIG. 7 is its circuit diagram. The configuration will be briefly explained. A constant voltage diode z is connected to the electrode in contact with the positive polarization surface of one piezoelectric element.
Connect the cathode of D1, connect the anode of a constant voltage diode ZD2 to the electrode in contact with the negative electrode surface of the other piezoelectric element,
The other terminals of the two constant voltage diodes are used in common as one input terminal, and the center electrode S is used as the other input terminal, and a DC voltage is applied therebetween by switching the polarity. In the same figure, 3 is a polarity switch, 4 is a power supply voltage V
DC/D that boosts 1 to Vo (=V1 +VZIIO)
5 is a changeover switch control circuit, and 6 is a constant current circuit.

この回路の動作を簡単に説明する。スイッチ502が同
図のような状態にあると、A点にはVOが現れるため圧
電素子H1には分極方向にほぼvOが加わり、圧電素子
H2には逆分極方向にvo−vzD2が加わるためバイ
モルフ素子1の先端は上に変位する。極性が変わるとH
lには逆分極方向にV o −VZDIが加わり、Hz
には分極方向にほぼ■0が加わり先端は下に変位する。
The operation of this circuit will be briefly explained. When the switch 502 is in the state shown in the figure, VO appears at point A, so approximately vO is applied to the piezoelectric element H1 in the polarization direction, and vo-vzD2 is applied to the piezoelectric element H2 in the opposite polarization direction, resulting in a bimorph. The tip of element 1 is displaced upward. When the polarity changes, H
V o -VZDI is added to l in the opposite polarization direction, and Hz
Approximately 0 is added to the polarization direction, and the tip is displaced downward.

第8図(イ)および(ロ)にそれぞれ圧電素子H1およ
びHzに加わる電圧を示す。この回路では■0に応じて
定電圧ダイオードの動作電圧VZDを適当に選ぶことに
より、逆分極方向に加わる電圧を一定値以下に制御する
ことができるため、分極の劣化は生じない。
FIGS. 8(a) and 8(b) show the voltages applied to the piezoelectric elements H1 and Hz, respectively. In this circuit, by appropriately selecting the operating voltage VZD of the constant voltage diode according to (1)0, the voltage applied in the reverse polarization direction can be controlled to a constant value or less, so that no deterioration of polarization occurs.

第4図の実線■は第7図の回路を用いて逆分極方向に加
わる電圧V o−VZDI 、V o−V2O3を共に
30Vに設定しつつ分極方向に加わる電圧VOを上昇し
たとき、2 Hzでの駆動におけるバイモルフ素子1の
先端の振幅δを測定した結果である。
The solid line ■ in FIG. 4 shows the voltage of 2 Hz when the voltage applied in the polarization direction is increased while the voltages V o - VZDI and V o - V2O3 applied in the reverse polarization direction are both set to 30 V using the circuit shown in Fig. 7. These are the results of measuring the amplitude δ of the tip of the bimorph element 1 when driven at .

■0を100 V以上にすることも可能であり、このと
きの変位量は第2図の従来回路を用いて分極方向および
通分極方向に共に30Vを加えたときに比べ3倍程度に
増加する。また、発生力も同様に増加するため、変位量
×発生力は従来回路の場合に比べて9倍程度にも増加す
る。
■It is also possible to increase 0 to 100 V or more, and the amount of displacement in this case increases about three times compared to when 30 V is applied in both the polarization direction and the general polarization direction using the conventional circuit shown in Figure 2. . Furthermore, since the generated force also increases, the amount of displacement multiplied by the generated force increases by about 9 times compared to the conventional circuit.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

このように、本願発明者による第7図の回路を用いれば
、第2図に示す従来回路に比べてかなり大きな変位量お
よび発生力を得ることができる。
As described above, by using the circuit shown in FIG. 7 by the present inventor, it is possible to obtain a considerably larger amount of displacement and generated force than in the conventional circuit shown in FIG. 2.

しかし、圧電素子を電磁駆動部品に代わるアクチュエー
タとして用いる場合には、さらに大きな変位量および発
生力が要求されることが少なくない。
However, when a piezoelectric element is used as an actuator in place of an electromagnetic drive component, a larger displacement amount and generated force are often required.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明の圧電素子駆動法は上記問題点に鑑みてなされた
ものであり、圧電素子の抗電界強度をECとしたとき、
通分極方向にその最大値が(1/4)Ec以上(9/1
0) E c以下である電界EをT時間印加し、ついで
分極方向に’ E + (n/10) E C,J以上
の電界(n =0〜10)を0.5 ×T×10−n+
1以上加えるものである。
The piezoelectric element driving method of the present invention was made in view of the above problems, and when the coercive electric field strength of the piezoelectric element is EC,
The maximum value in the general polarization direction is (1/4) Ec or more (9/1
0) Apply an electric field E that is less than E c for T time, and then apply an electric field (n = 0 to 10) that is more than ' E + (n/10) E C, J in the polarization direction for 0.5 × T × 10 - n+
1 or more.

〔作用〕[Effect]

通分極方向に、その最大値が(1/4)Ec以上で(9
/10) E c以下の高い電界を加えるので、変位量
および発生力が大きい。また、通分極方向の電圧印加に
より劣化した分極が、分極方向の電圧印加によりほぼ完
全に復旧する。
In the general polarization direction, the maximum value is (1/4) Ec or more and (9
/10) Since a high electric field of less than E c is applied, the amount of displacement and generated force are large. Further, the polarization deteriorated by applying a voltage in the polarization direction is almost completely restored by applying a voltage in the polarization direction.

〔実施例〕〔Example〕

実施例の説明に入る前に本発明の基本原理について説明
する。第5図において、厚さhの圧電素子に電圧Vを加
え、長さ!の圧電素子がΔl伸びた場合、歪量は Δ7!/ j!=d(V/ h) で表される。すなわち、圧電素子の歪量は圧電素子に加
えた電界の強さに比例し、この比例定数がd定数である
。製造時に高電界を加えて分極を形成した圧電素子に通
分極方向に電圧を長時間加えた場合のd定数の変化を測
定し、分極形成時のd定数(初期値)で規格化して表し
たものが第9図のグラフである。同図では横軸に印加時
間(対数目盛)、縦軸にd定数の変化を採っている。実
験に用いた圧電素子は第5図における材料と同じで厚さ
は0.15nである。したがって、抗電圧Vcは約90
Vである。
Before going into the description of the embodiments, the basic principle of the present invention will be explained. In FIG. 5, a voltage V is applied to a piezoelectric element having a thickness h, and the length ! When the piezoelectric element expands by Δl, the amount of strain is Δ7! / j! It is expressed as = d(V/h). That is, the amount of strain in the piezoelectric element is proportional to the strength of the electric field applied to the piezoelectric element, and this proportionality constant is the d constant. The change in d constant was measured when a voltage was applied for a long time in the polarization direction to a piezoelectric element that had been polarized by applying a high electric field during manufacturing, and was normalized to the d constant (initial value) at the time of polarization formation. This is the graph shown in Figure 9. In the figure, the horizontal axis shows the application time (logarithmic scale), and the vertical axis shows the change in the d constant. The piezoelectric element used in the experiment was made of the same material as in FIG. 5 and had a thickness of 0.15 nm. Therefore, the coercive voltage Vc is approximately 90
It is V.

実線■〜■は通分極方向に電圧を印加した場合を示して
いる。抗電圧Vcの1/4〜1/3以上の電圧を加える
と劣化は速くなり、印加電圧が(1/10)Vc程度上
がるごとに、d定数が初期値から同程度低下するために
要する時間は一点鎖線に交点が示すように1桁程度短く
なる。
Solid lines (■) to (■) indicate the case where voltage is applied in the polarization direction. If a voltage of 1/4 to 1/3 or more of the coercive voltage Vc is applied, the deterioration will be accelerated, and each time the applied voltage increases by about (1/10) Vc, the time required for the d constant to decrease by the same amount from the initial value. becomes about one order of magnitude shorter, as indicated by the intersection of the dashed-dotted lines.

このようにしてd定数を初期値の172まで低下させた
圧電素子に今度は分極と同方向に高電圧を印加すると分
極が再形成されるためd定数は破線■、■のように回復
する。
When a high voltage is applied in the same direction as the polarization to the piezoelectric element whose d-constant has been reduced to the initial value of 172 in this way, the polarization is re-formed and the d-constant recovers as shown by the broken lines (2) and (2).

同図の例によると、(1/4)Vc〜(1/3) V 
cをVdとしたとき(同図では30■)、通分極方向に
’V d +(3/10)V CJ (−約57V)を
加えると150時間でd定数は1/2に低下し、この素
子に同程度の電圧を分極方向に加えるとd定数が回復す
るために1500時間近くかかる(破線■)。このよう
に同程度の電圧で回復させる場合には5〜10倍の時間
を要する。一方、分極方向に加える電圧を通分極方向に
加えた電圧’Vd+(3/10)Vcj(=57■)よ
り(1/10) V c高い66V程度にすると、回復
に要する時間は劣化に要した時間の172〜1倍程度に
程度に短くなる(破線■)。
According to the example in the same figure, (1/4)Vc ~ (1/3)V
When c is Vd (30■ in the figure), when 'V d + (3/10) V CJ (-about 57 V) is added in the polarization direction, the d constant decreases to 1/2 in 150 hours, When a similar voltage is applied to this element in the polarization direction, it takes nearly 1500 hours for the d constant to recover (dashed line ■). In this way, it takes 5 to 10 times longer to recover with the same voltage. On the other hand, if the voltage applied in the polarization direction is set to about 66V, which is (1/10) Vc higher than the voltage applied in the polarization direction 'Vd + (3/10) Vcj (=57■), the time required for recovery is the same as that required for deterioration. The time is reduced to about 172 to 1 times the original time (broken line ■).

このように、通分極方向に対する印加電圧よりも(n/
10) V c (ただしn=o−10)高い電圧を分
極方向に印加すると、回復に要する時間は(1/2) 
 Xl0−”’〜10−”’程度になる。この実験結果
から次のような駆動法が考えられる。すなわち、分極方
向に電界Eを時間T印加したことによって劣化した分極
を、分極方向に「E+(n/10)EcJの電界をa 
Tl0−”’(a 〜0.5〜1)以上加えることによ
り再形成し、これを繰り返すことによりd定数の低下を
防止しつつ大きな変位を安定的に確保する駆動法である
In this way, (n/
10) When a high voltage of V c (n=o-10) is applied in the polarization direction, the time required for recovery is (1/2)
It will be about Xl0-"' to 10-"'. Based on this experimental result, the following driving method can be considered. In other words, the polarization deteriorated by applying an electric field E in the polarization direction for a time T is changed by applying an electric field of "E+(n/10)EcJ" in the polarization direction to a
This is a driving method that re-forms by adding Tl0-''' (a ~0.5-1) or more, and by repeating this, it stably secures a large displacement while preventing a decrease in the d constant.

たとえば、通分極方向にVdがTO時間加わり、ついで
極性が切り替わり分極方向に電圧が加わる場合の分極方
向に加える電圧を求めてみる。
For example, let us find the voltage applied in the polarization direction when Vd is applied in the polarization direction for the TO time, and then the polarity is switched and a voltage is applied in the polarization direction.

T o 〜0.5 T o ×1Q−n+Iとおきnを
求めルト、約0.7となる。また、T o =T o 
XIQ−”’とおいた場合はnは1である。したがって
、分極方向には(V d +0.7 x(1/10)V
 c) 〜(V d +(1/10)V c)以上の電
圧を加えればよい。この動作を図示したのが第10図の
タイミングチャートである。同図において81は減極作
用の領域、S2は分極再形成の領域である。
T o ~0.5 T o ×1Q−n+I to find n, which is approximately 0.7. Also, T o = T o
If XIQ-"' is set, n is 1. Therefore, in the polarization direction, (V d +0.7
c) A voltage of ˜(V d + (1/10)V c) or more may be applied. The timing chart in FIG. 10 illustrates this operation. In the figure, 81 is a region of depolarization, and S2 is a region of re-polarization.

第11図のタイミングチャートは分極方向の電圧印加時
間が逆分極方向の電圧印加時間の1720の場合を示し
ている。
The timing chart in FIG. 11 shows a case where the voltage application time in the polarization direction is 1720, which is the voltage application time in the reverse polarization direction.

0.5 x 10−” = 1/20より、n=2ゆえ
分極方向にはV d + (2/10) V c以上を
加えればよい。
From 0.5 x 10-'' = 1/20, since n=2, it is sufficient to add V d + (2/10) V c or more in the polarization direction.

本駆動法では逆分極方向に電圧を加えると減極が起きる
ことを前提に、分極方向に高電圧を加えてこれを回復す
るさせて使用するものであるが、逆分極方向に加える電
圧が強く減極が速い場合には、極性を切り替えることに
よって分極を再形成できたとしてもその動作は不安定な
ものになる。
This driving method assumes that depolarization will occur when a voltage is applied in the reverse polarization direction, and is used by applying a high voltage in the polarization direction to recover this, but the voltage applied in the reverse polarization direction is too strong. If depolarization is rapid, even if polarization can be reshaped by switching polarity, the operation will be unstable.

したがって、逆分極方向に加える電界の最大値E ma
xは実際には(8/10) E c〜(9/10) B
 cが上限である。
Therefore, the maximum value E ma of the electric field applied in the reverse polarization direction
x is actually (8/10) E c ~ (9/10) B
c is the upper limit.

また、減極は(1/4) E c以上で大きく起きるた
め(1/4) E c < Bmax < (9/10
) E cが本発明に特に効果的な領域である。
Also, since depolarization occurs significantly above (1/4) E c , (1/4) E c < Bmax < (9/10
) E c is a particularly effective region for the present invention.

つぎに、実施例と共に本発明の詳細な説明する。Next, the present invention will be explained in detail together with examples.

第1図は本発明の一実施例を示すタイミングチャートで
あり、第7図の回路によって動作するバイモルフ素子を
公衆電話機の硬貨処理装置に適用する場合の駆動法を示
している。
FIG. 1 is a timing chart showing one embodiment of the present invention, and shows a driving method when a bimorph element operated by the circuit of FIG. 7 is applied to a coin processing device of a public telephone.

硬貨処理用アクチュエータには5〜180秒に1回、変
位量2鶴以上、発生力25g以上、1往復0.5秒以下
で振動する特性が必要となる。この特性を50mL X
15n+WX0.15を程度の大きさの圧電素子を重ね
合わせたバイモルフ素子で実現する場合に本駆動法が不
可欠になる。第7図において、バイモルフ素子1の先端
が通常下に変位し、硬貨収納時に1往復動く場合を例に
とると、切り替えスイッチ制御回路5のJの電位は第1
図(イ)のようになる。このとき、圧電素子H1に加わ
る電圧は同図(ロ)のようになり、分極方向に加わる時
間は逆分極方向に加わる時間の1/360以上になる。
The coin processing actuator must have the characteristics of vibrating once every 5 to 180 seconds, with a displacement of 2 cranes or more, a generated force of 25 g or more, and a reciprocation time of 0.5 seconds or less. This characteristic is 50mL
This driving method becomes indispensable when realizing 15n+WX0.15 with a bimorph element in which piezoelectric elements of a certain size are superimposed. In FIG. 7, taking as an example the case where the tip of the bimorph element 1 is normally displaced downward and moves back and forth once when storing a coin, the potential of J of the changeover switch control circuit 5 is the first
It will look like figure (a). At this time, the voltage applied to the piezoelectric element H1 is as shown in FIG.

そこで、0.5 X10−”’=1/360とおくとn
=3.26となる。したがって、分極方向に加える電圧
vOは逆分極方向に加える電圧V o −VZDIより
3.26 X (1/10) V c以上高くする必要
がある。
Therefore, if we set 0.5 X10-”'=1/360, n
=3.26. Therefore, the voltage vO applied in the polarization direction needs to be higher than the voltage V o −VZDI applied in the opposite polarization direction by 3.26×(1/10) V c or more.

(V o−VZDI l +3.26X(1/10)V
 c =V 。
(V o-VZDI l +3.26X(1/10)V
c=V.

とおくとVZDI =3.26X (1/10) V 
cとなる。Vcが90Vの場合、V ZDIは29.3
V以上にする必要がある。したがって例えばVO=80
Vの電源を用いる場合には逆分極方向に加える電圧V 
o −VZDIは50.7V以下でなければならない。
Then VZDI = 3.26X (1/10) V
c. When Vc is 90V, V ZDI is 29.3
It is necessary to make it more than V. Therefore, for example, VO=80
When using a power supply of V, the voltage applied in the reverse polarization direction is V.
o -VZDI must be less than or equal to 50.7V.

実際には安全をみて40V程度が望ましい。Actually, for safety reasons, it is desirable to use around 40V.

一方、圧電素子H2に加わる電圧は第1図(ハ)のよう
になり、分極方向の印加時間は逆分極方向の印加時間の
10倍以上になる。そこで、0.5 Xl0−”’=1
0とおくとn=−0,3となる。したがって、分極方向
に加える電圧は逆分極方向に加える電圧から’0.3 
X (1/10) V CJを減じた値以上となる。し
かし、第7図の回路では分極方向には逆分極方向より低
い電圧を加えることはできないため、実際にはV(分極
方向)≧V(逆分極方向)となる。さらに、■(逆分極
方向)は前述のように(8/10) V c 〜(9/
10) V c以下が望ましいため、Vcが90Vの場
合、■(逆分極方向)は70V以下がよい。また、Hl
 、H2共に逆分極方向に加える最大電圧が(1/4)
Vc(約22V)以上の場合に本発明が特に効果的なた
め、本実施例ではvOが80■のとき、22V < V
 o −VZDI <40V、22V < V o −
V2O3< 70Vが駆動条件域である。
On the other hand, the voltage applied to the piezoelectric element H2 is as shown in FIG. 1 (c), and the application time in the polarization direction is more than 10 times the application time in the opposite polarization direction. Therefore, 0.5 Xl0-”'=1
If it is set to 0, n=-0,3. Therefore, the voltage applied in the polarization direction is 0.3' from the voltage applied in the opposite polarization direction.
X (1/10) VC is greater than or equal to the value obtained by subtracting CJ. However, in the circuit of FIG. 7, it is not possible to apply a voltage lower in the polarization direction than in the reverse polarization direction, so in reality, V (polarization direction)≧V (reverse polarization direction). Furthermore, ■ (reverse polarization direction) is (8/10) V c ~ (9/
10) Vc or less is desirable, so when Vc is 90V, ■ (reverse polarization direction) is preferably 70V or less. Also, Hl
, the maximum voltage applied to both H2 in the reverse polarization direction is (1/4)
Since the present invention is particularly effective when Vc (approximately 22V) or more, in this example, when vO is 80■, 22V < V
o −VZDI <40V, 22V <V o −
The driving condition range is V2O3<70V.

ところで、抗電界強度ECは一般に負の温度勾配をもつ
。このため温度が上がるとECは低下するが、この場合
実用的な逆方向電界強度も小さくなる。したがって、E
Cは使用温度の上限で定義するのが望ましい。
By the way, the coercive electric field strength EC generally has a negative temperature gradient. Therefore, as the temperature increases, the EC decreases, but in this case, the practical reverse electric field strength also decreases. Therefore, E
It is desirable that C be defined by the upper limit of the operating temperature.

第12図は第7図の回路の改良例を示す回路図である。FIG. 12 is a circuit diagram showing an improved example of the circuit shown in FIG. 7.

また、第13図はそのタイミングチャートであり、第2
の実施例を示すものである。本実施例では、極性切り替
え時にHlの逆方向に第1図に示した電圧より更に大き
な電圧を加え大きく変位させ、その後進分極方向の印加
電圧を低下させ減極の進行を抑え、次の極性反転によっ
て分極を再形成させる駆動例である。
Moreover, FIG. 13 is the timing chart, and the second
This is an example of the following. In this example, when switching the polarity, a voltage larger than the voltage shown in FIG. This is an example of driving in which polarization is re-formed by inversion.

まず、回路の動作について簡単に説明する。切り替えス
イッチ制御回路5のJ端子が通常第13図(イ)に示す
ようにrhighJにあるとする。この場合端子Bは正
となるがHlに電圧を印加する回路はダイオード219
によって遮断されるためHlには第13図(ロ)に示す
ように電圧は加わらない。
First, the operation of the circuit will be briefly explained. Assume that the J terminal of the changeover switch control circuit 5 is normally at rhhighJ as shown in FIG. 13(A). In this case, terminal B becomes positive, but the circuit that applies voltage to Hl is a diode 219.
Since the voltage is cut off by , no voltage is applied to Hl as shown in FIG. 13(b).

−4、H2には第13図(ハ)に示すように分極方向に
Voが加わるため先端は下に変位している。
-4, H2, as shown in FIG. 13(C), Vo is applied in the polarization direction, so the tip is displaced downward.

切り替えスイッチ制御回路5のJ端子をrlowJにす
ると極性が反転し端子Aが正になる。Hlには分極方向
にVOが加わり、H2には逆分極方向にV o−VZD
221が加わり上に変位する。
When the J terminal of the changeover switch control circuit 5 is set to rlowJ, the polarity is reversed and the terminal A becomes positive. VO is added to Hl in the polarization direction, and V o-VZD is added to H2 in the opposite polarization direction.
221 is added and displaced upward.

次に再びJ端子がrhighJになると、極性が反転し
端子Bが正、Aが接地レベルになる。Hlにはそれまで
電圧Voに対応する電荷が充電されていたため、Hlの
電極T1に電位は2Voに上昇する。ココテ、VZD2
13 + VZD221 <2 V oとすると、サイ
リスタ212のゲートにはトリガ電流が流れサイリスタ
212はターンオンする。このためHlへの充電電流は
、端子B−H1→サイリスタ212→定電圧ダイオード
215→端子A0)経路で流れるため、Hlに充電が完
了すると充電電流は制限されるためサイリスタ212は
自己復旧する。H2には分極方向にVoが加わるためバ
イモルフ素子1の先端は下に大きく変位する。時間の経
過と共にHlの電荷は抵抗23を介して放電するため逆
分極方向に加わる電圧は低下し零になる。放電時間は抵
抗23により制御される。
Next, when the J terminal becomes high J again, the polarity is reversed, and the terminal B becomes positive and the terminal A becomes the ground level. Since Hl had been charged with a charge corresponding to the voltage Vo until then, the potential at the electrode T1 of Hl rises to 2Vo. Kokote, VZD2
When 13 + VZD221 <2 V o, a trigger current flows through the gate of the thyristor 212 and the thyristor 212 is turned on. Therefore, the charging current to Hl flows through the path (terminal B-H1 -> thyristor 212 -> constant voltage diode 215 -> terminal A0), so when charging to Hl is completed, the charging current is limited and the thyristor 212 self-recovers. Since Vo is applied to H2 in the polarization direction, the tip of the bimorph element 1 is largely displaced downward. As time passes, the charge on Hl is discharged through the resistor 23, so the voltage applied in the reverse polarization direction decreases to zero. The discharge time is controlled by a resistor 23.

以上のように、本回路ではHlに逆分極方向に加わる電
圧は極性切り替え時にV o −VZD215になり、
その後は時間とともに低下して時間T3を経過した時点
で零になるが、この間に劣化した分極を再形成するため
に分極方向に加える電圧は逆分極方向にV o −VZ
D215の電圧が時間T3続くとして求めることとする
。−例として、T3を5秒程度に設定すると、分極方向
の印加時間は逆分極方向の印加時間の1/10である。
As described above, in this circuit, the voltage applied to Hl in the reverse polarization direction becomes V o -VZD215 when switching polarity,
After that, it decreases with time and becomes zero after time T3, but during this time, the voltage applied in the polarization direction to re-form the deteriorated polarization is V o -VZ in the opposite polarization direction.
It is assumed that the voltage of D215 continues for a time T3. - For example, if T3 is set to about 5 seconds, the application time in the polarization direction is 1/10 of the application time in the reverse polarization direction.

そこで、0.5 Xl0−”=1/10とおくと、nは
約1.7である。
Therefore, if we set 0.5 Xl0-''=1/10, n is approximately 1.7.

したがって、分極方向に加える電圧は■(逆分極方向)
 +1.7 X (1/10) V c以上必要である
。分極方向に加える電圧はVoゆえ、 V o >V o−VZD215 +1.7 X(1/
10)V cとおくと、VZD215 >1.7 X 
(1/10) V cとなり、Vcが90Vの場合、V
ZD215 >15.3’V、安全をみるとVZD21
5 >18Vとなる。したがって、Voが80■のとき
、22 V < V o −VZD215 <62Vが
本実施例の駆動条件域である。
Therefore, the voltage applied in the polarization direction is ■ (reverse polarization direction)
+1.7 X (1/10) V c or more is required. Since the voltage applied in the polarization direction is Vo, Vo > Vo - VZD215 +1.7
10) If V c is set, VZD215 > 1.7 X
(1/10) V c, and if Vc is 90V, V
ZD215 >15.3'V, looking at safety, VZD21
5>18V. Therefore, when Vo is 80cm, the driving condition range of this embodiment is 22V<Vo-VZD215<62V.

なお、本実施例では極性切り替え時(第13図ア)に大
きく変位した素子は、Hlの電荷が放電するの伴って先
端が僅かに戻るが、これを防止するためバイモルフ素子
の先端に磁石を設け、この吸引力でバイモルフ素子を保
持してもよい。
In addition, in this example, the tip of the element that was largely displaced during polarity switching (Fig. 13A) returns slightly as the charge of Hl is discharged, but in order to prevent this, a magnet was placed at the tip of the bimorph element. The bimorph element may be held by this suction force.

また、本実施例では第13図(ロ)に示すように逆分極
方向の電圧印加時間T3が抵抗23により決まるため、
バイモルフ素子を下に変位させ保持しておく時間T2を
さらに長くすることができる利点がある。これは、バイ
モルフ素子を通常一方向に変位させておき、必要なとき
に大きく1回振動させる場合に有効である。
In addition, in this embodiment, as shown in FIG. 13 (b), since the voltage application time T3 in the reverse polarization direction is determined by the resistor 23,
There is an advantage that the time T2 for which the bimorph element is displaced and held downward can be further lengthened. This is effective when the bimorph element is normally displaced in one direction and is vibrated once largely when necessary.

第14図は分極方向には電源電圧を、逆分極方向には電
源電圧より一定電圧引いた電圧を印加するための回路例
で本発明の他の実現手段である。Hlに直列に定電圧ダ
イオードZDIが接続され、この回路に電源が接続され
ている。そして、圧電素子に加わる電圧が制限されない
方向に電圧印加されている間すなわち定電圧ダイオード
ZD1の陽極が正である間は、定電圧ダイオードZD1
を短絡するように作動するホトトランジスタPTIが定
電圧ダイオードzD1に並列接続されている。ホトトラ
ンジスタPTIはホトダイオードL1の発光により動作
する。
FIG. 14 shows an example of a circuit for applying a power supply voltage in the polarization direction and a voltage subtracted by a constant voltage from the power supply voltage in the reverse polarization direction, which is another means for realizing the present invention. A constant voltage diode ZDI is connected in series with Hl, and a power supply is connected to this circuit. Then, while the voltage applied to the piezoelectric element is applied in an unrestricted direction, that is, while the anode of the constant voltage diode ZD1 is positive, the constant voltage diode ZD1
A phototransistor PTI that operates to short-circuit is connected in parallel to the constant voltage diode zD1. The phototransistor PTI is operated by light emission from the photodiode L1.

一方、H2については、直列に定電圧ダイオードZD2
が接続され、この回路に電源が接続されている。そして
、圧電素子H2に加わる電圧が制限されない方向に電圧
印加されている間すなわち電極Sが正である間は、定電
圧ダイオードZD2を短絡するように作動するホトトラ
ンジスタPT2が定電圧ダイオードZD2に並列に接続
されている。ホトトランジスタPT2はホトダイオード
L2の発光により動作する。
On the other hand, for H2, a constant voltage diode ZD2 is connected in series.
is connected, and power is connected to this circuit. While the voltage applied to the piezoelectric element H2 is applied in an unrestricted direction, that is, while the electrode S is positive, the phototransistor PT2, which operates to short-circuit the constant voltage diode ZD2, is connected in parallel to the constant voltage diode ZD2. It is connected to the. Phototransistor PT2 is operated by light emission from photodiode L2.

Hl、H2に加わる電圧を第15図(イ)、(ロ)に実
線でそれぞれ示す。
The voltages applied to Hl and H2 are shown by solid lines in FIGS. 15(a) and 15(b), respectively.

Hlに電圧を印加する回路についてその動作を同図(イ
)を用いて説明する。仮に、ホトトランジスタPTIが
ないと、電源電圧を一点鎖線のようにした場合、Hlに
加わる電圧は破線のようになる。すなわち、電源電圧が
上昇するとそれにともなってHlの分極方向に加わる電
圧も上昇するが、電源電圧がtpを過ぎて低下し始めて
もHlの電圧はしばらくは低下しない。これはZDIが
接続されているいるため、Hlに充電された電圧Vpと
The operation of the circuit that applies voltage to Hl will be explained using FIG. If there is no phototransistor PTI, and the power supply voltage is as shown by the dashed line, the voltage applied to Hl will be as shown by the broken line. That is, when the power supply voltage increases, the voltage applied in the polarization direction of Hl also increases, but even if the power supply voltage passes tp and begins to decrease, the voltage of H1 does not decrease for a while. This is because ZDI is connected, so the voltage Vp charged to Hl.

電源電圧との差がVZDIになるまでHlに充電された
電荷が放電されないためである。ホトトランジスタPT
Iを付けるとこれが解決される理由は以下の通りである
。A点が正の間はホトダイオードL1は発光するためホ
トトランジスタPTIは動作している。このため、電源
電圧がtpを過ぎて低下し始めたとき、Hlの電荷はホ
トトランジスタPTIを介して放電するため実線のよう
に電源電圧と同じ電圧がHlに加わることになる。極性
が変わりA点は負になるとホトトランジスタPTIはオ
フとなる。A点の電圧が−VZDI以下になると逆分極
方向に電圧が加わり始め同図のようになる。
This is because the charge charged in Hl is not discharged until the difference from the power supply voltage reaches VZDI. Phototransistor PT
The reason why adding I solves this problem is as follows. While the point A is positive, the photodiode L1 emits light, so the phototransistor PTI is operating. Therefore, when the power supply voltage passes tp and begins to decrease, the charge on Hl is discharged via the phototransistor PTI, so that the same voltage as the power supply voltage is applied to Hl as shown by the solid line. When the polarity changes and point A becomes negative, the phototransistor PTI is turned off. When the voltage at point A becomes less than -VZDI, voltage starts to be applied in the opposite polarization direction, as shown in the figure.

このように本回路を用いると任意の電源電圧に対して分
極方向には電源電圧が、逆分極方向には電源電圧からV
ZDlを引いた電圧が印加される。したがって、本実施
例によると逆分極方向にry−VZDI Jの電圧を時
間TO加え、分極方向にこれよりVZDl高い電圧Vを
時間TO加える場合、第10図の場合と同様ゆえV Z
DIは0.7 (1/10) V c 〜(1/10)
 V c以上が望ましい。−例として、Vcが90Vの
場合、VZDI >9とし、またVpを80Vとすると
22V < V p −VZDl <71Vが実用的な
領域となる。
In this way, when this circuit is used, for any given power supply voltage, the power supply voltage is in the polarization direction, and the power supply voltage is V in the reverse polarization direction.
A voltage minus ZDl is applied. Therefore, according to this embodiment, if a voltage of ry-VZDI J is applied for a time TO in the reverse polarization direction, and a voltage V higher than this by VZDl is applied for a time TO in the polarization direction, V Z
DI is 0.7 (1/10) V c ~ (1/10)
V c or more is desirable. - For example, when Vc is 90V, VZDI >9 and Vp is 80V, the practical range is 22V < V p -VZDl <71V.

なお、H2についてはHlと同様の動作をするので説明
を省略する。
Note that H2 operates in the same way as Hl, so a description thereof will be omitted.

第16図は第14図において短絡回路として用いたホト
トランジスタの替わりにダーリントントランジスタII
TII、DT21を用いた例である。Hlに充電する回
路について動作を説明する。A点の電圧が正で上昇して
いるときにはZDIに順方向電流が流れ、Hlは分極方
向に充電される。A点の電圧が下がり始めると電極T1
の電圧はA点より高くなろうとするが、このときのダー
リントントランジスタDTIIがオンとなるためHlの
電荷は放電され結局A点の電圧に等しくなる。A点が負
になると、ダーリントントランジスタDT12のベース
に電流が流れオンするためダーリントントランジスタD
TIIのベース電圧はエミッタ電圧に等しくなり、ベー
ス電流が遮断されるためダーリントントランジスタDT
IIはオフとなる。したがって、Hlには逆分極方向に
V −VZDIの電圧が加わる。ここで、nlに逆分極
方向に電圧が印加されている間はダーリントントランジ
スタDT12がオン状態にあるため、抵抗R11が旧の
抵抗値より小さい場合には逆分極方向の充電電流は8点
−電極5−Hl−電極T1→抵抗R11→ダーリントン
トランジスタDT12→A点の経路で流れ、Hlには逆
分極方向にV−VZDIの電圧が加わる。H2について
も同様である。
Figure 16 shows a Darlington transistor II instead of the phototransistor used as a short circuit in Figure 14.
This is an example using TII and DT21. The operation of the circuit that charges Hl will be explained. When the voltage at point A is positive and rising, a forward current flows through ZDI, and Hl is charged in the polarization direction. When the voltage at point A begins to drop, electrode T1
The voltage at point A tends to become higher than that at point A, but since the Darlington transistor DTII is turned on at this time, the charge on H1 is discharged and eventually becomes equal to the voltage at point A. When point A becomes negative, current flows to the base of Darlington transistor DT12, turning it on, so Darlington transistor D
The base voltage of TII becomes equal to the emitter voltage, and the base current is cut off, so Darlington transistor DT
II is turned off. Therefore, a voltage of V - VZDI is applied to H1 in the reverse polarization direction. Here, while the voltage is applied to nl in the reverse polarization direction, the Darlington transistor DT12 is in the on state, so if the resistance R11 is smaller than the old resistance value, the charging current in the reverse polarization direction is 8 points - electrode. 5-Hl-Electrode T1→Resistor R11→Darlington transistor DT12→Point A, and a voltage of V-VZDI is applied to H1 in the opposite polarization direction. The same applies to H2.

第17図は本発明の他の実現手段であり、圧電素子を2
枚以上重ね合わせて構成したマルチモルフ素子を用いた
ものである。同図において、10はマルチモルフ素子、
Hは圧電素子、lL12は片方向電圧制限回路である。
FIG. 17 shows another means of realizing the present invention, in which two piezoelectric elements are used.
It uses multimorph elements constructed by stacking two or more layers. In the figure, 10 is a multimorph element;
H is a piezoelectric element, and 1L12 is a one-way voltage limiting circuit.

第18図(イ)は、同図(ロ)の斜視図に示すような縦
歪効果を利用した積層形圧電アクチュエータの駆動回路
を示す。15は積層形圧電アクチュエータ、16は積層
形圧電素子、20は圧電素子、18−1は内部電極、1
8−2は接続電極、17は変位量拡大機構である。積層
形圧電素子16は圧電材料と内部電極とを交互に重ねて
焼結した後、同図のように切断および切り込みを入れ、
接続電極を施し、分極形成して得られる。
FIG. 18(A) shows a drive circuit for a laminated piezoelectric actuator using the longitudinal strain effect as shown in the perspective view of FIG. 18(B). 15 is a laminated piezoelectric actuator, 16 is a laminated piezoelectric element, 20 is a piezoelectric element, 18-1 is an internal electrode, 1
8-2 is a connection electrode, and 17 is a displacement amount enlarging mechanism. The laminated piezoelectric element 16 is made by stacking piezoelectric materials and internal electrodes alternately and sintering them, and then cutting and notching them as shown in the figure.
It is obtained by applying a connecting electrode and forming polarization.

片方向電圧制限回路に定電圧ダイオードを用いた場合の
動作は以下のようになる。A点が正の場合には16−1
の各圧電素子には分極方向にVoが印加され、同図によ
うに伸び、16−2の各素子には逆分極方向にvo −
VZDIが印加され縮む。この歪量は変位量拡大機構1
7で拡大されその先端は下に変位する。極性を反転する
と同様にして先端は上に変位する。
The operation when a constant voltage diode is used in the one-way voltage limiting circuit is as follows. 16-1 if point A is positive
Vo is applied to each piezoelectric element 16-2 in the polarization direction and extends as shown in the figure, and vo - is applied to each piezoelectric element 16-2 in the opposite polarization direction.
VZDI is applied and it contracts. This amount of strain is the amount of displacement magnification mechanism 1
7, it is enlarged and its tip is displaced downward. When the polarity is reversed, the tip is similarly displaced upward.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように本発明は、逆分極方向に最大電圧が
(1/4)Vcを越える電圧を印加した後、逆分極方向
に与えた印加電圧および印加時間に応じて所定範囲の印
加電圧および印加時間を与えることにより、劣化した分
極を再形成させて駆動するものであるので、分極劣化を
防ぎつつ逆分極方向印加電圧を従来よりも遥かに高くで
き、その上分極方向には更に高い電圧を印加できる。そ
のため、アクチュエータとしての変位量および発生力。
As explained above, the present invention applies a voltage whose maximum voltage exceeds (1/4) Vc in the reverse polarization direction, and then applies an applied voltage in a predetermined range according to the applied voltage and application time in the reverse polarization direction. By giving an application time, the deteriorated polarization is re-formed and driven, so the voltage applied in the reverse polarization direction can be much higher than conventional methods while preventing polarization deterioration, and in addition, an even higher voltage can be applied in the polarization direction. can be applied. Therefore, the amount of displacement and generated force as an actuator.

は飛躍的に大きくすることができる。分極劣化電圧Vd
以下の電圧を分極方向および逆分極方向に与える従来の
駆動法と比べると、変位量×発生力は10倍を越えアク
チュエータとしての特性劣化も少ない。本発明はバイモ
ルフ素子、ユニモルフ素子、マルチモルフ素子、積層形
圧電素子、圧電モータなどに適用でき、さらに、これら
のアクチュエータは、硬貨処理装置、インパクトプリン
タ、リレーなどに適用できる。
can be dramatically increased. Polarization deterioration voltage Vd
Compared to the conventional driving method in which the following voltages are applied in the polarization direction and the reverse polarization direction, the amount of displacement multiplied by the generated force exceeds 10 times, and there is little deterioration in the characteristics of the actuator. The present invention can be applied to bimorph elements, unimorph elements, multimorph elements, laminated piezoelectric elements, piezoelectric motors, etc. Furthermore, these actuators can be applied to coin processing devices, impact printers, relays, etc.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例を示すタイミングチャート、
第2図は従来の圧電素子駆動回路を示す回路図、第3図
はそのタイミングチャート、第4図は電源電圧とバイモ
ルフ素子1の振幅との関係を示す特性図、第5図は印加
電圧と圧電素子の歪量との関係を示す特性図、第6図は
分極劣化の様子を示す特性図、第7図は圧電素子駆動回
路の一例を示す回路図、第8図は第7図の回路を用いた
従来の駆動法を示すタイミングチャート、第9図はd定
数の変化を示す特性図、第10図および第11図はいず
れも本発明の動作原理を示すタイミングチャート、第1
2図は本発明を実施するための回路例を示す図、第13
図はその動作を示すタイミングチャート、第14図は本
発明を実施するための他の回路例を示す図、第15図は
その動作を示すタイミングチャート、第16図ないし第
18図は本発明を実施するための更に他の回路例を示す
図である。 1・・・バイモルフ素子、Hl、H2・・・圧電素子。 特許出願人 日本電信電話株式会社 代 理 人 山川 数構(ほか1名) 第 第2図 第4図 第5図 押釦もff1(V) IR(LLILL+) 3 % ’ijE″:1krC
オフp
FIG. 1 is a timing chart showing an embodiment of the present invention;
Fig. 2 is a circuit diagram showing a conventional piezoelectric element drive circuit, Fig. 3 is its timing chart, Fig. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between the power supply voltage and the amplitude of the bimorph element 1, and Fig. 5 is a diagram showing the relationship between the applied voltage and the amplitude of the bimorph element 1. A characteristic diagram showing the relationship with the amount of strain of the piezoelectric element, Fig. 6 is a characteristic diagram showing the state of polarization deterioration, Fig. 7 is a circuit diagram showing an example of a piezoelectric element drive circuit, and Fig. 8 is the circuit of Fig. 7. FIG. 9 is a characteristic diagram showing changes in the d constant. FIGS. 10 and 11 are timing charts showing the operating principle of the present invention.
Figure 2 is a diagram showing an example of a circuit for implementing the present invention;
14 is a timing chart showing the operation of the present invention, FIG. 14 is a diagram showing another example of a circuit for implementing the present invention, FIG. 15 is a timing chart showing the operation, and FIGS. It is a figure which shows the other example of a circuit for implementation. 1... Bimorph element, Hl, H2... Piezoelectric element. Patent applicant: Nippon Telegraph and Telephone Corporation Agent: Kazuko Yamakawa (and 1 other person) Figure 2 Figure 4 Figure 5 Push button also ff1 (V) IR (LLILL+) 3% 'ijE'': 1krC
off p

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)強誘電体に高電界を加えることにより分極処理を
施した圧電素子に、逆分極方向に電界を加えて歪ませる
ことにより前記圧電素子を駆動する駆動方法において、
圧電素子の抗電界強度をEcとしたとき、逆分極方向に
その最大値が(1/4)Ec以上(9/10)Ec以下
である電界EをT時間印加し、ついで分極方向に「E+
(n/10)Ec」以上の電界(n=0〜10)を0.
5×T×10^−^n^+^1以上加えることを特徴と
する圧電素子駆動法。
(1) A driving method in which a piezoelectric element is polarized by applying a high electric field to a ferroelectric material, and the piezoelectric element is driven by applying an electric field in the opposite polarization direction to distort the piezoelectric element,
When the coercive electric field strength of the piezoelectric element is Ec, an electric field E whose maximum value is (1/4) Ec or more and (9/10) Ec or less is applied in the reverse polarization direction for T time, and then "E+" is applied in the polarization direction.
(n/10)Ec'' or more (n=0 to 10).
A piezoelectric element driving method characterized by adding 5×T×10^-^n^+^1 or more.
(2)Ecが圧電素子使用温度の上限における抗電界強
度である特許請求の範囲第1項記載の圧電素子駆動法。
(2) The piezoelectric element driving method according to claim 1, wherein Ec is the coercive electric field strength at the upper limit of the piezoelectric element operating temperature.
(3)複数の圧電素子を用い一方の圧電素子群に対して
逆分極方向の電圧を印加しているときに、他方の圧電素
子群には分極方向に電圧を印加する特許請求の範囲第1
項記載の圧電素子駆動法。
(3) When applying a voltage in the opposite polarization direction to one piezoelectric element group using a plurality of piezoelectric elements, a voltage is applied in the polarization direction to the other piezoelectric element group.
Piezoelectric element driving method described in .
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