JPH0256831B2 - - Google Patents
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- JPH0256831B2 JPH0256831B2 JP59066185A JP6618584A JPH0256831B2 JP H0256831 B2 JPH0256831 B2 JP H0256831B2 JP 59066185 A JP59066185 A JP 59066185A JP 6618584 A JP6618584 A JP 6618584A JP H0256831 B2 JPH0256831 B2 JP H0256831B2
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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
- H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
- H10N30/204—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using bending displacement, e.g. unimorph, bimorph or multimorph cantilever or membrane benders
Landscapes
- Piezo-Electric Transducers For Audible Bands (AREA)
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
発明の技術分野
この発明は、電気的小変位より機械的大変位を
得る圧電磁器振動子の改良に係り、所要変位方向
の直交方向に振動制止部材を、例えば複数個を並
列固着して固着方向の振動子の変位を阻止して所
要方向の機械的大変位を得ることができる圧電磁
器振動子に関する。 背景技術 一般に、アクチユエータ、センサー等の素子と
して使用される圧電磁器振動子を用いて、電気的
変位を機械的変位に変換する場合、圧電磁器振動
子は第１図に示す如く、幅ｗ×長さｌの矩形板圧
電磁器２の両主面に全面電極３，４を付設し、厚
みｔ方向に分極して構成され、上記電極３，４よ
り電気信号を入力すると、長さｌ方向の変位は、
分極方向に対して直角方向となるため、所定の変
位を得るためには高電圧入力を要する問題があつ
た。 従つて、圧電定数d31（電極に直角方向に分極し
てその分極方向と直角方向に振動した場合の圧電
定数）の大きな圧電磁器を使用すれば、大きな機
械的変位が得られることになるが、かかる要求を
満足する圧電磁器材料は開発されておらず、圧電
磁器振動子の構成を工夫し、実質的な圧電定数
d31を大きくする必要があつた。 発明の目的 この発明はかかる問題点に鑑み、圧電磁器振動
子において、小さな電気変位で得られる機械的変
位量を大幅に増大させ得る圧電磁器振動子を目的
とし、また、さらに１枚の圧電磁器振動子だけで
なく、積層型の振動子としても適している圧電磁
器振動子を目的としている。 発明の開示 すなわち、この発明は、圧電磁器よりなる矩形
板の両主面に、電極を設けた圧電磁器振動子にお
いて、少なくとも１主面に、変位方向、すなわ
ち、主面上における変位を得る方向、例えば長辺
方向の直交方向に少なくとも１の振動制止部材を
固着したことを特徴とする圧電磁器振動子であ
り、また、この振動制止部材を固着した圧電磁器
振動子を複数枚積層した積層型の圧電磁器振動子
である。 この発明は、第１図に示す矩形の圧電磁器振動
子１のｌ方向の機械的変位を増大させるため、
種々検討した結果、圧電磁器振動子１は長さｌ方
向及び幅ｗ方向に変位するが、幅ｗ方向の変位は
ｌ方向の変位量の増大には何ら寄与せず。この幅
ｗ方向の変位を阻止、抑制することにより、ｌ方
向の機械的エネルギーを大幅に増大させることが
できることを知見し、電気的小変位により機械的
大変位を得ることができる圧電磁器振動子を完成
したものである。 この発明において、圧電磁器振動子の所要変位
方向に直交する方向に固着または多数並列固着す
る振動制止部材は、固着する方向の振動子の変位
を阻止、抑止する機能を有するもので、適当な剛
性を有する部材が望ましく、その形状、寸法、圧
電磁器振動子上での配置、数量、並列間隔等の条
件は、圧電磁器振動子の長さｌ、幅ｗ、厚みｔ、
材質、所要変位量等に応じて適宜選定する。ま
た、振動制止部材の固着方法は接着やろう付けの
ほか、いかなる方法でもよい。 また、圧電磁器振動子の電極は、所謂、全面電
極のほか部分電極でもよく、圧電磁器固有の性質
や所要条件に応じて選定すればよい。振動制止部
材を電極を介して固着する場合、黄銅、鉄等の金
属導電体やアルミナ磁器、木片、骨材、アクリ
ル、プラスチツク、合成樹脂等の絶縁体のいずれ
でもよく、振動制止部材を直接圧電磁器に固着す
る場合は、電極の電気的接続を考慮して導電体を
用いたり、電気的接続を分断しないように配置を
考慮すればよい。 図面に基づく発明の開示 以下に、この発明を図面に基づいて詳述する。
第２図はこの発明による圧電磁器振動子の正面図
と側面図であり、第３図はこの発明の効果を示す
振動制止部材数と変位量との関係のグラフであ
り、第４図と第５図は２枚積層した構成の圧電磁
器振動子の振動制止部材の配置を示す側面図であ
る。 この発明による圧電磁器振動子３０は、圧電磁
器２の両主面に全面電極３，４を形成し、長さ
ｌ、幅ｗ、厚みｔ寸法からなり、第２図では、長
さｌ方向の変位を増大させる目的で、断面t1×l1、
長さw1の角棒状の振動制止部材５を、圧電磁器
振動子３０の１主面に等間隔で、４本の同部材５
の長手方向を振動子の幅ｗ方向に接着してある。 上記の構成の圧電磁器振動子３０において、 ｌ／ｗ＝４、ｔ／ｗ＝0.2 l1／ｌ＝１／1000、w1／ｗ＝１、 t1／ｔ＝２／１の条件からなる振動制止部材５
を、等間隔ｐピツチで複数個並列固着し、全面電
極３，４間に直流電界を0.4kV／mmの強度で印加
したときの、振動子３０のｌ方向の変位量（△
l1）を測定した。また、同様に、同一寸法条件の
従来の圧電磁器振動子における変位量（△ｌ）を
測定し、これらの測定結果に基づき、△l1／△ｌ
を縦軸に取り、ｐ／ｗ（振動制止部材の数量＋１
に逆比例）を横軸に取つたグラフ（第３図）にて
この発明の効果を評価した。 第３図から明らかなように、振動制止部材の数
が増すほど、すなわち、ｐ／ｗが小さいほど、よ
り大きな機械的変位を得ることができる。 ここでは、圧電磁器２の長さｌ／幅ｗの比が４
の場合を示したが、通常多用されるｌ／ｗが0.05
〜20の範囲では、第３図と同傾向にある。 また、振動制止部材の長さw1は、圧電磁器振
動子の幅方向の変位を制止するために、少なくと
も該振動子の幅ｗの1/3以上であることが望まし
く、圧電磁器振動子の長さｌ方向の断面長さl1
は、圧電磁器振動子の長さ方向の変位を阻害しな
いようにできるだけ小さいほうが望ましく、ま
た、圧電磁器振動子の厚みｔ方向の断面長さt1
は、該振動子の取り扱い等を考慮して、10t以下
が望ましい。 次にこの発明による積層型の圧電磁器振動子を
説明する。 第４図に示す積層型圧電磁器振動子４０は、前
記した第２図の１主面に４本の角棒状の振動制止
部材５を固着した圧電磁器振動子３０を、２枚、
それぞれ振動制止部材５を固着しない側の電極
４，４面で接着して一体になした構成である。 また、第５図に示す積層型圧電磁器振動子５０
は、前記第２図の圧電磁器振動子３０の振動制止
部材５を固着した側の主面に、第１図と同等の圧
電磁器振動子１の１主面を当接させた構成で、す
なわち、２枚の圧電磁器振動子５１，５２の当接
側に４本の角棒状の振動制止部材５を共用させて
固着した構成からなる。 上記の構成からなるこの発明による圧電磁器振
動子は、第２図の１枚の圧電磁器からなるこの発
明の振動子３０とほぼ同等の機械的変位量が得ら
れ、第１図に示した従来の振動子１と比較して、
変位量が大幅に向上している。 いずれの構成においても、圧電磁器の厚みは必
ずしも同厚みとする必要はなく、適宜選定すれば
よく、積層枚数等も適宜選定でき、また、振動制
止部材の形状、寸法、圧電磁器振動子上での配
置、数量、並列間隔等の条件は、圧電磁器振動子
の長さｌ、幅ｗ、厚みｔ、材質、所要変位量等に
応じて適宜選定すればよい。電極の極性は所要変
位方向に応じて適宜選定すればよい。 実施例 以下に実施例を示す。 従来の圧電磁器振動子（第１図と同構成）とし
て、下記の振動子Ａを使用した。 材質；ジルコン・チタン酸鉛系圧電磁器、 長さｌ；35mm、幅ｗ；10mm、 厚み（電極含む）；1.5mm、 電極；両主面にCr−Ni系合金電極を0.5μｍ厚み
で蒸着。 また、第２図と同構成のこの発明による圧電磁
器振動子として、下記の振動子Ｂを使用した。 材質；ジルコン・チタン酸鉛系圧電磁器、 長さｌ；35mm、幅ｗ；10mm、 厚み（電極含む）；1.5mm、 電極；両主面にCr−Ni系合金電極を0.5μｍ厚み
で蒸着、 振動制止部材；黄銅製、l10.1mm×t12.5mm×w110
mm、９個を等間隔。 第４図と同構成のこの発明による圧電振動子と
して、下記の振動子Ｃを使用した。 材質；ジルコン・チタン酸鉛系圧電磁器、 長さｌ；35mm、幅ｗ；10mm、 厚み（電極含む）；0.75mm、２枚、 電極；両主面にCr−Ni系合金電極を0.5μｍ厚み
で蒸着、 振動制止部材；黄銅製、l10.1mm×t12.5mm×w110
mm、９個を等間隔。 第５図と同構成のこの発明による圧電磁器振動
子として、上記の振動子Ａと振動子Ｂと同一の振
動子（但し、圧電磁器の電極を含む厚みは0.75
mm）を使用して組立てた振動子Ｄを使用した。 以上の振動子Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを用いて、電極間
に、200V、400V、600Vの直流電圧を印加して長
さ方向の変位量を測定した結果、第１表に示す変
位量を得た。第１表から明らかなように、この発
明による振動制止部材を有する圧電磁器振動子
は、従来のものと比較して、同一電圧においては
変位量が大巾に増大していることが分る。 【表】
得る圧電磁器振動子の改良に係り、所要変位方向
の直交方向に振動制止部材を、例えば複数個を並
列固着して固着方向の振動子の変位を阻止して所
要方向の機械的大変位を得ることができる圧電磁
器振動子に関する。 背景技術 一般に、アクチユエータ、センサー等の素子と
して使用される圧電磁器振動子を用いて、電気的
変位を機械的変位に変換する場合、圧電磁器振動
子は第１図に示す如く、幅ｗ×長さｌの矩形板圧
電磁器２の両主面に全面電極３，４を付設し、厚
みｔ方向に分極して構成され、上記電極３，４よ
り電気信号を入力すると、長さｌ方向の変位は、
分極方向に対して直角方向となるため、所定の変
位を得るためには高電圧入力を要する問題があつ
た。 従つて、圧電定数d31（電極に直角方向に分極し
てその分極方向と直角方向に振動した場合の圧電
定数）の大きな圧電磁器を使用すれば、大きな機
械的変位が得られることになるが、かかる要求を
満足する圧電磁器材料は開発されておらず、圧電
磁器振動子の構成を工夫し、実質的な圧電定数
d31を大きくする必要があつた。 発明の目的 この発明はかかる問題点に鑑み、圧電磁器振動
子において、小さな電気変位で得られる機械的変
位量を大幅に増大させ得る圧電磁器振動子を目的
とし、また、さらに１枚の圧電磁器振動子だけで
なく、積層型の振動子としても適している圧電磁
器振動子を目的としている。 発明の開示 すなわち、この発明は、圧電磁器よりなる矩形
板の両主面に、電極を設けた圧電磁器振動子にお
いて、少なくとも１主面に、変位方向、すなわ
ち、主面上における変位を得る方向、例えば長辺
方向の直交方向に少なくとも１の振動制止部材を
固着したことを特徴とする圧電磁器振動子であ
り、また、この振動制止部材を固着した圧電磁器
振動子を複数枚積層した積層型の圧電磁器振動子
である。 この発明は、第１図に示す矩形の圧電磁器振動
子１のｌ方向の機械的変位を増大させるため、
種々検討した結果、圧電磁器振動子１は長さｌ方
向及び幅ｗ方向に変位するが、幅ｗ方向の変位は
ｌ方向の変位量の増大には何ら寄与せず。この幅
ｗ方向の変位を阻止、抑制することにより、ｌ方
向の機械的エネルギーを大幅に増大させることが
できることを知見し、電気的小変位により機械的
大変位を得ることができる圧電磁器振動子を完成
したものである。 この発明において、圧電磁器振動子の所要変位
方向に直交する方向に固着または多数並列固着す
る振動制止部材は、固着する方向の振動子の変位
を阻止、抑止する機能を有するもので、適当な剛
性を有する部材が望ましく、その形状、寸法、圧
電磁器振動子上での配置、数量、並列間隔等の条
件は、圧電磁器振動子の長さｌ、幅ｗ、厚みｔ、
材質、所要変位量等に応じて適宜選定する。ま
た、振動制止部材の固着方法は接着やろう付けの
ほか、いかなる方法でもよい。 また、圧電磁器振動子の電極は、所謂、全面電
極のほか部分電極でもよく、圧電磁器固有の性質
や所要条件に応じて選定すればよい。振動制止部
材を電極を介して固着する場合、黄銅、鉄等の金
属導電体やアルミナ磁器、木片、骨材、アクリ
ル、プラスチツク、合成樹脂等の絶縁体のいずれ
でもよく、振動制止部材を直接圧電磁器に固着す
る場合は、電極の電気的接続を考慮して導電体を
用いたり、電気的接続を分断しないように配置を
考慮すればよい。 図面に基づく発明の開示 以下に、この発明を図面に基づいて詳述する。
第２図はこの発明による圧電磁器振動子の正面図
と側面図であり、第３図はこの発明の効果を示す
振動制止部材数と変位量との関係のグラフであ
り、第４図と第５図は２枚積層した構成の圧電磁
器振動子の振動制止部材の配置を示す側面図であ
る。 この発明による圧電磁器振動子３０は、圧電磁
器２の両主面に全面電極３，４を形成し、長さ
ｌ、幅ｗ、厚みｔ寸法からなり、第２図では、長
さｌ方向の変位を増大させる目的で、断面t1×l1、
長さw1の角棒状の振動制止部材５を、圧電磁器
振動子３０の１主面に等間隔で、４本の同部材５
の長手方向を振動子の幅ｗ方向に接着してある。 上記の構成の圧電磁器振動子３０において、 ｌ／ｗ＝４、ｔ／ｗ＝0.2 l1／ｌ＝１／1000、w1／ｗ＝１、 t1／ｔ＝２／１の条件からなる振動制止部材５
を、等間隔ｐピツチで複数個並列固着し、全面電
極３，４間に直流電界を0.4kV／mmの強度で印加
したときの、振動子３０のｌ方向の変位量（△
l1）を測定した。また、同様に、同一寸法条件の
従来の圧電磁器振動子における変位量（△ｌ）を
測定し、これらの測定結果に基づき、△l1／△ｌ
を縦軸に取り、ｐ／ｗ（振動制止部材の数量＋１
に逆比例）を横軸に取つたグラフ（第３図）にて
この発明の効果を評価した。 第３図から明らかなように、振動制止部材の数
が増すほど、すなわち、ｐ／ｗが小さいほど、よ
り大きな機械的変位を得ることができる。 ここでは、圧電磁器２の長さｌ／幅ｗの比が４
の場合を示したが、通常多用されるｌ／ｗが0.05
〜20の範囲では、第３図と同傾向にある。 また、振動制止部材の長さw1は、圧電磁器振
動子の幅方向の変位を制止するために、少なくと
も該振動子の幅ｗの1/3以上であることが望まし
く、圧電磁器振動子の長さｌ方向の断面長さl1
は、圧電磁器振動子の長さ方向の変位を阻害しな
いようにできるだけ小さいほうが望ましく、ま
た、圧電磁器振動子の厚みｔ方向の断面長さt1
は、該振動子の取り扱い等を考慮して、10t以下
が望ましい。 次にこの発明による積層型の圧電磁器振動子を
説明する。 第４図に示す積層型圧電磁器振動子４０は、前
記した第２図の１主面に４本の角棒状の振動制止
部材５を固着した圧電磁器振動子３０を、２枚、
それぞれ振動制止部材５を固着しない側の電極
４，４面で接着して一体になした構成である。 また、第５図に示す積層型圧電磁器振動子５０
は、前記第２図の圧電磁器振動子３０の振動制止
部材５を固着した側の主面に、第１図と同等の圧
電磁器振動子１の１主面を当接させた構成で、す
なわち、２枚の圧電磁器振動子５１，５２の当接
側に４本の角棒状の振動制止部材５を共用させて
固着した構成からなる。 上記の構成からなるこの発明による圧電磁器振
動子は、第２図の１枚の圧電磁器からなるこの発
明の振動子３０とほぼ同等の機械的変位量が得ら
れ、第１図に示した従来の振動子１と比較して、
変位量が大幅に向上している。 いずれの構成においても、圧電磁器の厚みは必
ずしも同厚みとする必要はなく、適宜選定すれば
よく、積層枚数等も適宜選定でき、また、振動制
止部材の形状、寸法、圧電磁器振動子上での配
置、数量、並列間隔等の条件は、圧電磁器振動子
の長さｌ、幅ｗ、厚みｔ、材質、所要変位量等に
応じて適宜選定すればよい。電極の極性は所要変
位方向に応じて適宜選定すればよい。 実施例 以下に実施例を示す。 従来の圧電磁器振動子（第１図と同構成）とし
て、下記の振動子Ａを使用した。 材質；ジルコン・チタン酸鉛系圧電磁器、 長さｌ；35mm、幅ｗ；10mm、 厚み（電極含む）；1.5mm、 電極；両主面にCr−Ni系合金電極を0.5μｍ厚み
で蒸着。 また、第２図と同構成のこの発明による圧電磁
器振動子として、下記の振動子Ｂを使用した。 材質；ジルコン・チタン酸鉛系圧電磁器、 長さｌ；35mm、幅ｗ；10mm、 厚み（電極含む）；1.5mm、 電極；両主面にCr−Ni系合金電極を0.5μｍ厚み
で蒸着、 振動制止部材；黄銅製、l10.1mm×t12.5mm×w110
mm、９個を等間隔。 第４図と同構成のこの発明による圧電振動子と
して、下記の振動子Ｃを使用した。 材質；ジルコン・チタン酸鉛系圧電磁器、 長さｌ；35mm、幅ｗ；10mm、 厚み（電極含む）；0.75mm、２枚、 電極；両主面にCr−Ni系合金電極を0.5μｍ厚み
で蒸着、 振動制止部材；黄銅製、l10.1mm×t12.5mm×w110
mm、９個を等間隔。 第５図と同構成のこの発明による圧電磁器振動
子として、上記の振動子Ａと振動子Ｂと同一の振
動子（但し、圧電磁器の電極を含む厚みは0.75
mm）を使用して組立てた振動子Ｄを使用した。 以上の振動子Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを用いて、電極間
に、200V、400V、600Vの直流電圧を印加して長
さ方向の変位量を測定した結果、第１表に示す変
位量を得た。第１表から明らかなように、この発
明による振動制止部材を有する圧電磁器振動子
は、従来のものと比較して、同一電圧においては
変位量が大巾に増大していることが分る。 【表】
第１図は従来の圧電磁器振動子の正面図と側面
図である。第２図はこの発明による圧電磁器振動
子の正面図と側面図であり、第３図はこの発明の
効果を示す振動制止部材数比ｐ／ｗと変位量比△
l1／△ｌとの関係のグラフであり、第４図と第５
図は２枚積層した構成の圧電磁器振動子の振動制
止部材の配置を示す側面図である。 １，１０，３０，４０，５０……圧電磁器振動
子、２……圧電磁器、３，４……電極、５……振
動制止部材。
図である。第２図はこの発明による圧電磁器振動
子の正面図と側面図であり、第３図はこの発明の
効果を示す振動制止部材数比ｐ／ｗと変位量比△
l1／△ｌとの関係のグラフであり、第４図と第５
図は２枚積層した構成の圧電磁器振動子の振動制
止部材の配置を示す側面図である。 １，１０，３０，４０，５０……圧電磁器振動
子、２……圧電磁器、３，４……電極、５……振
動制止部材。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 圧電磁器よりなる矩形板の両主面に、電極を
設けた圧電磁器振動子において、少なくとも１主
面に、変位方向の直交方向に少なくとも１の振動
制止部材を固着したことを特徴とする圧電磁器振
動子。 ２ 圧電磁器よりなる矩形板の両主面に、電極を
設けた圧電磁器振動子において、少なくとも１主
面に、変位方向の直交方向に少なくとも１の振動
制止部材を固着した圧電磁器振動子を複数枚積層
したことを特徴とする圧電磁器振動子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59066185A JPS60208877A (ja) | 1984-04-03 | 1984-04-03 | 圧電磁器振動子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59066185A JPS60208877A (ja) | 1984-04-03 | 1984-04-03 | 圧電磁器振動子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60208877A JPS60208877A (ja) | 1985-10-21 |
| JPH0256831B2 true JPH0256831B2 (ja) | 1990-12-03 |
Family
ID=13308527
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59066185A Granted JPS60208877A (ja) | 1984-04-03 | 1984-04-03 | 圧電磁器振動子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60208877A (ja) |
-
1984
- 1984-04-03 JP JP59066185A patent/JPS60208877A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60208877A (ja) | 1985-10-21 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |