JPS63192284A - 圧電バイモルフ素子 - Google Patents

圧電バイモルフ素子

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JPS63192284A
JPS63192284A JP62024394A JP2439487A JPS63192284A JP S63192284 A JPS63192284 A JP S63192284A JP 62024394 A JP62024394 A JP 62024394A JP 2439487 A JP2439487 A JP 2439487A JP S63192284 A JPS63192284 A JP S63192284A
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JP
Japan
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diaphragm
piezoelectric bimorph
piezoelectric ceramic
piezoelectric
thickness
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JP62024394A
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English (en)
Inventor
Yukio Sato
幸夫 佐藤
Katsunori Yokoyama
勝徳 横山
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Coorstek KK
Original Assignee
Toshiba Ceramics Co Ltd
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Publication date
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、圧電バイモルフ素子に関し、特に物体搬送装
置の駆動力たる振動の発生源として機能する圧電バイモ
ルフ素子に関するものである。
[従来の技術] 従来この種の圧電バイモルフ素子としては、振動板の一
面もしくは両面に対して圧電セラミック素子が接合され
たものが提案されていた。
[解決すべきIF1題点] しかしなから従来の圧電バイモルフ十fては、圧電セラ
ミック素子の肉厚tと振動板の肉厚Tとの比t/Tか0
.4よりも大きくなっており、しかも振動板が振動板と
して有効に機能するためにその肉厚Tに下限値があった
ので、圧′、しセラミック素子の肉厚tをあまり小さく
できず、結果的に振動の振幅を大きくできない欠点があ
って、被搬送物の屯1よの変化に伴なってその搬送速度
が変動し、しかも駆動電圧が小さければ搬送速度が低下
してしまっていた。この欠点を解決するためには、駆動
電圧を大きくすればよいが、これでは圧電セラミック素
子の分極が消失されるおそれかあって好ましくなかった
そこで本発明は、これらの欠点を除去するために、駆動
電圧を大きくしなくても振動の振幅を大きくでき、かつ
搬送速度を所定値以1−に維持できる圧電バイモルフ素
子を提供せんとするものである。
(2) 3111の構成 [産業上の利用分野] 本発明により提供される解決手段は、「振動板の表面に
対して2つの圧電セラミック素子か接合されており、前
記振動板の−・端部が物体搬送装置の搬送手段に連結さ
れてなる圧電バイセルフ素子において、前記圧電セラミ
ック素子の肉厚と前記振動板の肉厚との比か0.07〜
0.4でなることを特徴とする圧電バイモルフ素子」で
ある。
[作用] 未発I」にかかる圧電バイモルフ素子は、振動板の表面
に対して2つの圧電セラミック素子か接合されており、
前記振動板の一端部か物体搬送装置の搬送手段に連結さ
れてなる圧電バイモルフ素子てあって、前記圧電セラミ
ック素子の肉厚と前記振動板の肉厚との比が0.07〜
0.4とされており、駆動電圧の実効値を比較的抑制し
ても被搬送物の搬送速度を高く維持する作用をなし、併
せて被搬送物の取量か変化しても被搬送物の搬送速度を
ほぼ一定に維持する作用をなす。
[実施例] 次に本発明いついて添付図面を参照しつつ几体的に説明
する。
第1図は、本発明の圧電バイモルフ素子の一実施例を示
す平面図である。第2図は、同正面図である。
第3図は、第1図実施例の一使用状態を示す説明図であ
る。
第4図および第5図は、それぞれ第1図実施例の動作を
説明するための説明図である。
まず本発明の圧電パイセルフ素子の構成について詳述す
る。
四は本発明の圧電バイモルフ素子で、黄銅、リン銅、ス
テンレスあるいはSUPなどの導電性の金属薄板て形成
されており圧電バイモルフ素子すの機械的強度を向上す
るに上のの機械的強度もった振動板+1と、振動板11
の中央部両面に対しそれぞれ有機系接着剤などの適宜の
接着剤で接合された圧電セラミック素子12.13とを
包有している。
圧電セラミック素子12の両面には、それぞれ銀などの
金属を焼付けあるいは蒸着することによって電極12a
、+2bが形成されている。同様に圧電セラミック素子
13の両面にも、それぞれ銀などの金属を焼付けあるい
は蒸着することによって電極11a、13bか形成され
ている。換言すれば圧電セラミック素子12は電極12
bを介して振動板11の中央部・面に対し通電可渣に接
合されており、また圧1Eセラミック素子13は電極+
3bを介して振動板11の中央部他面に対し通電可能に
接合されている。
14はリード線で、振動板11に対して接合されていな
い電極12a、13aに対して接合されており、外部の
適宜の電源(図示せず)に接続され電極12a 。
13aに対して同一極性の駆動電圧を印加する。
15a〜+5dはそれぞれ取付用孔で、振動板11の両
端部に穿設されている。
次いで本発明の圧電バイモルフ素子を搭載した物体搬送
装置の構成について詳述する。
刈は本発明の物体搬送装置て、圧電バイモルフ素子すか
適宜の数だけ搭載されている。圧電バイモルフ素子用が
複l¥HSaされるときには、その間の間隔を適宜に選
択する必要かある。以ド説明の都合り、第1.第2の2
つの圧電バイモルフ素子■、■°が10cmの間隔で搭
載されているものとする(説明の理解を容易とするため
に第2の圧電バイモルフ素7−1n’およびその部材に
は第1の圧電バイモルフ素7−1nと同一の参照番号を
付しかつその参照番号に対して第1の圧電バイモルフ−
RplOと区別するためには「°」を付す)。
21は導電性の基板で、−面に対し適宜の間隔(たとえ
ばl0c−の間隔)で適宜の数すなわち圧電バイモルフ
素子皿の搭a数と同数(ここでは2つ)の取付部22,
22°が形成されている。取付部22.22’は、それ
ぞれ同側(第3図では左側)が同一・の傾斜角度を有す
る傾斜面22a、22’aとされている。傾斜面22a
には、第1の圧電バイモルフ素子用の振動板11の一端
部かネジ23によって固着されている、すなわち傾斜面
22aには、第1の圧電バイモルフ素子艮に含まれる振
動板11の取付用孔15a、+5bにそれぞれ挿通され
たネジ23が螺着されることによって、その振動板ll
の一端部が固着されている。また傾斜面22“aには、
第2の圧電バイモルフ素Lす°の振動板+1’の一端部
が他のネジ23°によって固着されている。すなわち傾
斜面22°aには、第2の圧電バイモルフ素子廷°に含
まれる振動板11′の取付用孔15a’ 、 ISb’
にそれぞれ挿通された他のネジ2丁が螺着されることに
よって、その振動板11’の一端部か固着されている。
31は被搬送物体(図示せず)に−・面が当接可使とさ
れた搬送゛「段すなわち搬送用トラフで、他面すなわち
前記基板21の一面に対向する面に対し基板2Iの取付
部22.22’と同一の間隔で取付部32.32’か形
成されている。取付部32,32°は、それぞれ同1(
第3図では右側)が同一・の傾斜角度を有する傾斜面3
2a、32°aとされている。傾斜面32aには。
第1の変位拡大ハネ33の一端部がネジ34によって固
着されている。同様に傾斜面32°aには、:52の変
位拡大バネ33°の一端部がネジ34゛にょって固着さ
れている。
第1の変位拡大ハネ33の他端部は、第1の圧電バイモ
ルフ素子艮の振動板11の他端部に対してネジ35によ
って固着されている。すなわち第1の変位拡大バネコ3
の他端部には、第1の圧電バイモルフ;i 7−10に
含まれる振動板11の取付孔15c、+5dにそれぞれ
挿通されたネジ35か螺着されることによって、その振
動板11の他端部が固着されている。第2の変位拡大バ
ネ3丁の他端部は、第2の圧電バイモルフ素子す゛に含
まれる振動板11’の他端部に対してネジ35°によっ
て固着されている。すなわち:fS2の変位拡大バネコ
コ°の他端部には、第2の圧電バイモルフ素子す′に含
まれる振動板11’の取付孔15c’ 、 +56’に
それぞれ挿通されたネジ35°が螺着されることによっ
て、その振動板It’の他端部が固着されている。
、第1の圧電バイモルフ素子すのリート線14は、第2
の圧電バイモルフ素子IOの電極12a’ 、 1:l
a”に接合されている。したがって第1の圧電バイモル
フ素子刊の電極12a、1:laには、第2の圧電バイ
モルフ素子のリード線14′を介してその電極12a’
13a°に午えられている駆動電圧と同一の駆動電圧か
印加される。
41はリード線で、基板21に一端が接合されており、
他端が外部の適宜の電源(図示せず)に接合されている
加えて本発明の圧電バイモルフ素子を搭載した物体搬送
装この作用について詳述する。
リード線14°と他のリード線41との間に適宜の交流
電圧を駆動電圧として印加する。これにより第1の圧電
バイモルフ素子圧にあっては、振動板11の両面で互い
に反対方向のR,場が発生されており、圧電セラミック
素子12.13が同一方向に分極されているので、圧電
セラミック素子12,13が振動板11を交互に反対方
向に湾曲するように伸縮する。また同様に第2の圧電バ
イモルフ素子」°にあっても、振動板11’の両面で互
いに反対方向の電場か発生されており、圧電セラミック
素子12°。
+3’が同一方向に分極されているのて、圧電セラミッ
ク素7−12’、I:I°が振動板+1’を交互に反対
方向に湾曲するように伸縮する。
第1の圧電バイモルフ素f−リめ振動は、振動板11の
一端部が基板21に固着されているのて、振動板11の
他端部から第1の変位拡大ハネ33を介して搬送r段す
なわち搬送用トラフ31へ伝達される。
同様に第2の圧電バイモルフ素子■°の振動は、振動板
ll°の一端部が基板2Iに固着されるので、振動板■
°の他端部から第2の変位拡大バネ33′を介して搬送
用トラフ31へ伝達される。
このときリード線+4’、41間に印加される交流電圧
の周波数を適宜に調節することによって、第3図に実線
および破線て示すように第1の圧電バイモルフ素子すお
よび第1の変位拡大バネ33の複合体と第2の圧電バイ
モルフ素T−10’および第2の変位拡大ハネ33°の
複合体とに対して互いに共振振動を生ぜしめうる。
したがって搬送用トラフ31には、その延長方向(第3
図ては矢印A方向)の振動とそれに直交する方向(第3
図では矢印B方向)の振動とが印加されており、搬送手
段すなわち搬送用トラフ31に載置された被搬送物体(
図示せず)をその延長方向(第3図ては矢印C方向)に
搬送する。
更に本発明の圧電バイモルフ素子を搭載した物体搬送袋
との作用を、具体的な数値を挙げて説明する。
以ドでは圧電セラミック素子+2.+2°、+3.+3
゜か、 I’bTiOffPbZrO:+  Pb(Y
Nb)+z20i系である、かつその誘1[率か200
0で結合係数Kllか35%の材料て形成されていた。
また振動板11は、外形の幅か24■Iて、外形の長さ
か63mmであった。加えて圧5tiセラミック素子1
2.12″、lコ、1丁は、外形の幅か21嘗−で外形
の長さか381−てあった。
実施例1 第3図の物体搬送装置赳において、第1.第2の圧電バ
イモルフ素flO,10”の振動板11.11°の肉厚
Tか3.OIとされかつ圧電セラミック素子12、12
’ 、 13.13’の肉厚tが0.5鳳lとされてお
り、圧電セラミック素P12.12’ 、 l:l 、
 l:loの肉JIXtと振動板II、11°の肉厚T
との比t/Tか0.17とされた。
このとき搬送手段すなわち搬送用トラフ31の重ff1
Eを700gトL/、カッ被搬送物体(1) 重rJ、
 W ?: 500 g トして、リード線14°、4
1間に実効値V(ボルト)の交流電圧を駆動電圧として
印加したところ、被搬送物体の搬送速度S(m/m1n
)が第4図の曲線Aの如く変化した。
これに対し搬送用トラフ31の重量を700gに維持し
、かつリード線14’、41間に印加された交流電圧す
なわち駆動電圧の実効値■を150ボルトに維持して、
W(g)の被搬送物体を搬送したところ、その搬送速度
S(m/*in)が第5図の曲線ALの如く変化した。
実施例2 第3U4の物体搬送装置並において、第1.第2の圧電
バイモルフ素″f−艮、 10’の振動板11.11’
の肉厚Tか3.0m@とされかつ圧″iItセラミ・ン
ク素子12、12’ 、 +3,13°の肉厚tが1.
0龍とされており。
圧′市セラミック素子12.+2°、I:l、1丁の肉
厚tと振動板It、11’の肉厚Tとの比t/Tか0.
33とされた。
このとき搬送用トラフ31の重量を700gとし、かつ
被搬送物体のrfi量Wを500gとして、リード線1
4°、旧聞に実効値V(ボルト)の交流電圧を駆動電圧
として印加したところ、被搬送物体の搬送速度S(m/
win)か第4図の曲線Bの如く変化した。
これに対し搬送用トラフ31の重量を700gに維持し
、かつリード線14°、41間に印加された交流電圧す
なわち駆動電圧の実効値Vを150ボルトに維持して、
 W(g)の被搬送物体を搬送したところ、その搬送速
度S(m/5in)が第5図の曲線BLの如く変化した
実施例3 第3図の物体搬送装置観において、第1.第2の圧電バ
イモルフ素子In、In’の振動板11.11’の肉厚
Tが:1.Ommとされかつ圧電セラミック素子12.
12’、l:1,13°の肉厚tが0.21m5とされ
ており、圧電セラミック素子12.12°、13.+3
°の肉厚tと振動板11,11’の肉厚Tとの比t/T
が0.07とされた。
このとき搬送用トラフ31の重量を700gとし、かつ
被搬送物体の重量Wを500gとして、リード線14°
、旧聞に実効値V(ボルト)の交流電圧を駆動電圧とし
て印加したところ、被搬送物体の搬送速度S(■/wi
n)か第4図の曲線Cの如く変化した。
これに対し搬送用トラフ31の重量を700gに維持し
、かつリート線14’ 、111間に印加された交流電
圧すなわち駆動電圧の実効値Vを150ボルトに維持し
て、 W(g)の被搬送物体を搬送したところ、その搬
送速度S(m/5in)が第5図の曲線CLの如く変化
した。
実施例4 第3図の物体搬送袋W120において、第1.第2の圧
電バイモルフ素子■、1(1’の振動板11.11°の
肉厚Tか3.0−閣とされかつ圧電セラミック素子+2
.+2°、1:l、1:loの肉Stが1.2m−とさ
れており、圧電セラミック素子12.12’、13.1
3’の肉厚tと振動板II、+1’の肉厚Tとの比t/
Tが0640とされた。
このとき搬送用トラフ31の重量を700gとし、かつ
被搬送物体の重量Wを500gとして、リード線14°
、41間に実効値V(ボルト)の交流電圧を駆動電圧と
して印加したところ、被搬送物体の搬送速度S(m/5
in)が第4図の曲線りの如く変化した。
これに対し搬送用トラフ31の重量を700gに維持し
、かつリード線14°、41間に印加された交流電圧す
なわち駆動電圧の実効値Vを150ボルトに維持して、
W (g)の被搬送物体を搬送したところ、その搬送速
度S(■/■in)が第5図の曲線DLの如く変化した
比較例1 第3図の物体搬送装置翻において、第1.第2の圧電バ
イモルフ素子艮、to’の振動板11. II’の肉厚
Tが3.0厘厘とされかつ圧電セラミック素子+2.+
2°、13,13°の肉厚tが0.15園曹とされてお
り、圧電セラミック素1’12,12°、1コ、13°
の肉厚tと振動板II、11’の肉厚Tとの比t/Tが
0.05とされた。
このとき搬送用トラフ31の%Dを700gとし、かつ
被搬送物体の屯eWを500gとして、リード線14“
、旧聞に実効(1i’iV(ボルト)の交流電圧を駆動
電圧として印加したところ、被搬送物体の搬送速度S(
■/■in)が第4図の曲線Eの如く変化した。
これに対し搬送用トラフ31の重量を700gに維持し
、かつリート線14°、41間に印加された交流電圧す
なわち駆動電圧の実効値Vを150ボルトとして、W 
(g)の被搬送物体を搬送したところ、その搬送速度S
(■/■in)が第5図の曲線ELの如く変化した。
比較例2 第3図の物体搬送装置廷において、第1.第2の圧電バ
イモルフ素子厘9匹°の振動板11.11’の肉厚Tが
3.Olとされかつ圧電セラミック素子+2,12°、
13.13’の肉厚t 2.口m■とされており、圧電
セラミック素子+2. +2°、13,1丁の肉厚tと
振動板11.+1’の肉厚Tとの比t/Tが0.67と
された。
このとき搬送用トラフ31の重量を700gとし、かつ
被搬送物体の重量Wを500gとして、ソート線Il!
’ 、41間に実効値V(ボルト)の交流電圧を駆動電
圧として印加したところ、被搬送物体の搬送速+fs 
s (m/5in)が第4図の曲線Fの如く変化した。
これに対し搬送用トラフ31の重量を700gに維持し
、かつリード線14°、41間に印加された交流電圧す
なわち駆動電圧の実効値Vを150ボルトとして、W(
g)の被搬送物体を搬送したところ、その搬送速度S(
m/5in)が第5図の曲線FLの如く変化した。
比較例3 第3図の物体搬送装Wl並において、第1.第2の圧電
バイモルフ素子In、10’の振動板11.11’の肉
厚Tが2.0霞■とされかつ圧電セラミック素子+2.
+2°、lコ、1丁の肉厚t2.5量霞とされており、
圧′屯セラミック素子12.12’、I:1.11’の
肉厚tと振動板II、II’の肉厚Tとの比t/Tが0
.83とされた。
このとき搬送用トラフ31の重量を’jQOgとし、か
つ被搬送物体の重量Wを500gとして、リート線14
’ 、41間に実効値V(ボルト)の交流電圧を駆動電
圧として印加したところ、被搬送物体の搬送速度S(會
/1n)が第4図の曲iiGの如く変化した。
これに対し搬送用トラフ31の上列を700gに維持し
、かつリード線14°、41間に印加された交流電圧す
なわち駆動電圧の実効値Vを150ボルトとして、W(
g)の被搬送物体を搬送したところ、その搬送速度S 
(m/5in)か第5図の曲線GLの如く変化した。
第4図および第5図を参照しつつ上述した丈為例1〜4
および比較例1〜3を比較検討したところ、圧′1耽セ
ラミック素子+2.+2°、I:l、1丁の肉厚tと振
動板II、11“の肉厚Tとの比t/Tが0.07〜0
.4であれば、好適であることが判明した。
すなわち圧電セラミック素子12.12”、13.13
’の肉厚tと振動板11.11’の肉厚Tとの比t/T
の下限値か0.07となれば振動板11,11’の肉厚
Tが振動板目、11°としてa 崗するためにあまり大
きくてきないことに伴なって圧電セラミック素子12,
12°。
+3,13°の肉厚tが小さくなり過ぎ、駆動電圧の実
効(tiか小さくても“脱分極”すなわち使用中に分極
を消失してしまう欠点かあり、また圧電セラミック素子
を作成し難い欠点があるためである。
加えて圧電セラミック素子12.12’、l:1,13
°の肉厚tと振動板II、11’の肉厚Tとの比t/T
の上限値が0.1となれば振動板11,11’の肉厚T
か振動板I+、++’として機能するためにあまり薄く
てきないことに伴なって圧電セラミック素子12.12
’ 、13゜13′の肉厚tか大きくなり過ぎ、駆動電
圧の実効(/iを人きくしない限り圧電セラミック素子
が振幅の大きな振動を発生し難い欠点かあるためである
しかも圧電セラミック素子12.12’ 、I:l、l
:loの肉厚tと振動板II、II’の肉厚Tとの比t
/Tが0.07〜0.4てあれば、駆動電圧の実効値V
を比較的に抑制しても被搬送物の搬送速度Sを5s/s
in以上に維持でき、しかも被搬送物の重量Wが変化し
ても被搬送物の搬送速度Sを5s/sin以上の一定値
にほぼ維持でき、好適である。
なお」−述においては振動板+1の両面にそれぞれ圧電
セラミック素子12と他の圧電セラミック素子13とか
接合されているか、本発明はこれに限定されるものでは
なく、振動板の一面に2つの圧電セラミック素fを順次
接合してなる圧電バイモルフ素子−も包摂する。
(3)発明の効果 −に述より明らかなように本発明は、振動板の表面に対
して2つの圧電セラミック素子が接合されており、前記
振動板の一端部か物体搬送装置の搬送r段に連結されて
なる圧電バイモルフ素子であって前記圧電セラミ・ンク
素子の肉厚と前記振動板の肉厚の比か0.07〜0.4
とされてなるのて、(i)駆動電圧の実効値を比較的に
抑制しても被搬送物の搬送速度およびその重量を高く維
持できる効果 を有し、併せて (ii)被搬送物の重量か変化しても被搬送物の搬送速
度をほぼ一定に維持できる効果を有し、結果的に (iii)物体搬送装置の搬送特性ならびにおの信頼性
を改みできる効果 を有する。
【図面の簡単な説明】
第1 FMは本発明の一実施例を示す平面図、第2図は
第1図実施例の正面図、第3図は第1図実施例の−・使
用状態を説明する説明図、第4図および第5図は第1[
A実施例の動作を説明する説IJI図である。 +0,10°・・・・・・・・・・・・・・・・圧電バ
イモルフ2も了−II、IIo・・・・・・・・・・・
・・・・・振動板+2.+2°、13.l:lo・・・
・・・・・圧電セラミック素子12a、12a’12b
、12b’13a、l:la’、13b、1:lb’・
・・・・・・・電極

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  振動板の表面に対して2つの圧電セラミック素子が接
    合されており、前記振動板の一端部が物体搬送装置の搬
    送手段に連結されてなる圧電バイモルフ素子において、
    前記圧電セラミック素子の肉厚と前記振動板の肉厚との
    比が0.07〜0.4でなることを特徴とする圧電バイ
    モルフ素子。
JP62024394A 1987-02-04 1987-02-04 圧電バイモルフ素子 Pending JPS63192284A (ja)

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JPS63192284A true JPS63192284A (ja) 1988-08-09

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Cited By (3)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63224275A (ja) * 1987-03-13 1988-09-19 Ube Ind Ltd 圧電たわみ素子
DE10210207B4 (de) * 2001-03-01 2009-08-13 Bühner, Kurt Biegeelemente für Schwingfördersystem mit Piezoantrieb
EP1965448A3 (en) * 2007-02-14 2011-12-07 Sharp Kabushiki Kaisha Driving apparatus

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JPS6217619B2 (ja) * 1980-07-12 1987-04-18 Bayer Ag

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