JPS63232382A - 圧電式変位素子 - 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、端末機の切換などの往復運動機構に係り、直
接駆動可能な小形高速駆動の圧電式変位素子に関するも
の。

〔従来の技術〕

従来の装置は、特開昭５８−６６３８０号に記載のよう
に、たわみ変位する複数個の電歪基板を互いに平行に積
層配置し、かつ隣接する電歪基板同士を一端で固定し、
さらに電圧印加時の隣接する電歪基板のたわみ変位を逆
方向とし、かつ、前記の複数個の電歪基板のすくなくと
も１枚が、基板内のすくなくとも一箇所以上で電圧印加
によるたわみ変位が逆方向となるようにして、積層方向
に平行な変位を発生させる機構となっていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、積層方向と平行に変位が発生すること
を目的にしているため、平行である必要がない場合には
、同一の電歪基板では、極性の異なる必要はなく、一様
なたわみ変位特性を持つもので十分であることと、さら
に回転角変位が必要な場合には、従来技術では適用不可
能であった。

本発明は、小形でかつ高速応答可能な大回転角変位発生
機構を提供することを目的としている。

［問題点を解決するための手段〕 上記目的は、同一圧電特性を持つ圧電基本素子を、中央
部に隙間を形成して、たわみ変形可能な二分を左右に分
け、かつ、二分された二分の向い合う上下面側に板厚の
段差を持たせる構造（π型形状）にして、大きなたわみ
変形が可能となるような構造とし、さらに、該圧電素子
を互い違いに積層することで、梁構造のバイモルフ型圧
電素子を形成し、かつ、該圧電素子の積層ごとに互い違
いの電圧を印加することにより、達成される。

〔作用〕

π型形状をした基本圧電素子は、板厚方向の両面に電極
面を設け、それぞれ独立に正または負の電圧を印加させ
てたわみ変形するユニモルフ型の圧電素子となっている
。上記の基本圧電素子を互い違いに積層結合することで
、たわみ変形するユニモルフ部をバイモルフ型に構成さ
せる。各バイモルフ型のたわみ変形部に互い違いに正負
の電圧を印加することで、積層方向に交互に正逆のたわ
み変形を生じさせることができる。

また、各π型基本圧電素子の連結部が、積層方向に互い
違いに設けられていること′により、交互に正逆に生と
だたわみ変形の総和は、扇状に回転の角度を形成するこ
とになる。積層方向の一端を固定し、他端に所定の機構
を設定することで印加電圧をバイモルフ型圧電素子に加
え、回転角変位可能な圧電型アクチュエータができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１〜３図により説明する。

第１図に示すように、基本圧電素子は全体形状としてπ
字状をなし、圧電体１のたわみ変位方向に板厚の段差を
持つ互い違いの構造とし、かつ、圧電体１の板厚方向の
両面には電極２ａ。

２ｂが形成されており、さらに、電極２ｂの片面側に補
強用のシム３が接着されている構造になっている。さら
に、第４図、第５図に示すように。

複数枚の上記基本圧電素子をシム３を介して互い違いに
貼り合わせることにより、積層構造にする。

シム３を介して１両側に圧電体ｌが配置した構造は、バ
イモルフ型の圧電体と同様で、圧電体１の両面に形成さ
れた電極２ａ、２ｂにそれぞれ異なった電圧を印加する
ことで、たわみ変形を各圧電体１で発生することができ
る。特に、シム３を導電体にするか、あるいはシム３の
両面にある電極２ａ、２ｂを導通することと、電極２ｂ
、２Ｃを導通させることで積層時の電極数を半減すると
とができる。このような構造をしたπ型積層圧電素子に
対し、第６図に示すように、一つの基本圧電素子の向い
合う電極２ｂｐ　２ｃには、正の電圧を印加し、シム３
側の電極２ａ、２ｂには負の電圧を印加することにより
、たわみ変形が圧電体１に発生する。隣接する基本圧電
素子には上記と逆の電圧を印加することにより、積層圧
電体全体が、一方向の回転角変位を生じることができる
。また。

隣接する基本圧電素子にも同じ電圧を印加することによ
り、＠転角変位ではなく、積層方向への変位を発生する
ことも可能である。

本実施例によれば、第７図に示すように積層構造の両端
のうち一端を固定し、他端に可動体４を結合することで
、所定の回転角変位あるいは変位を可動体４に発生させ
る駆動源としての効果がある。本実施例の駆動源は、圧
電素子の寸法や積層枚数を変えることや、印加電圧を時
間的に変えることで１回転角変位を時間的にも振幅的に
も自在に可変できる効果がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、電圧印加の方法に対応して、直接的に
π型の′！１１層圧電素子が回転角変位または変位を発
生することができるので、従来一般的な電磁力を利用し
たモータや歯車リンク機構などの動力伝達機構が不要に
なる。これは、動力伝達機構の動作自体に必要な駆動力
の消滅と部品点数の消滅になり、可動機構の小形化、高
速化、低消費電力化などができるとともに、製造コスト
が下げられる。

また、従来、自在な回転角変位または変位を得るために
必要な制御回路ならびに制御可能なモータは高価でかつ
小形化が難しいのに対し１本発明では、電圧制御の回路
だけで制御可能となり、制御部も含めた全体としても小
形、低コスト化が図れる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の基本圧電素子の斜視図、第
２図は第１図の正面図、第３図は第１図の側面図、第４
図は、第１の素子の積層構造図、第５図は第４図の側面
図、第６図は圧電素子への電圧印加方法とたわみ変形を
示す図、第７図は回転角変位発生駆動源としての応用例
図である・１・・・圧電体、２ａ〜２ｂ・・・電極、３
・・・シム、４・・・＄　１　図 ｖＩＺ　　圀 、￥　３　図 ２１、、ｔ・・・電釉 ３・−９”、／ハ 第手口 ｌ・−・Ｊｆ−歓瞥 ３・−パノへ ６６図 ≧〒ｊ　　　　ｒＩ　　　レユ ３・・シム 斗・・可ｗＪ外

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、単一極性を持つ圧電基板の中央部にスリットを設け
   、前記スリットで二分された両側の圧電基板部の互いに
   向い合う面側に板厚段差を設け、前記圧電基板の板厚方
   向の４面に電極を形成し、板厚方向の一方の端面にシム
   を配したことを特徴とする圧電式変位素子。