JPH0256833B2 - - Google Patents

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JPH0256833B2
JPH0256833B2 JP59066187A JP6618784A JPH0256833B2 JP H0256833 B2 JPH0256833 B2 JP H0256833B2 JP 59066187 A JP59066187 A JP 59066187A JP 6618784 A JP6618784 A JP 6618784A JP H0256833 B2 JPH0256833 B2 JP H0256833B2
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JP
Japan
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piezoelectric ceramic
vibrator
displacement
electrodes
piezoelectric
Prior art date
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JP59066187A
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English (en)
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JPS60208879A (ja
Inventor
Hiromitsu Fujii
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Proterial Ltd
Original Assignee
Sumitomo Special Metals Co Ltd
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Publication date
Application filed by Sumitomo Special Metals Co Ltd filed Critical Sumitomo Special Metals Co Ltd
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    • 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

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  • 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、圧電磁器を所
要変位方向の直交方向に分断し、絶縁体の振動制
止部材の複数個介在させて一体となし、振動子に
おける振動制止部材の介在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、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、圧電磁器を所要変位方向、すなわち、主面
上における変位を得る方向、例えば長手方向の直
交方向に複数の絶縁体からなる振動制止部材で分
断し一体に固着したことを特徴とする圧電磁器振
動子であり、また、この振動制止部材で複数個所
分断し一体に固着され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振動子を完成した
ものである。 この発明は、圧電磁器が、圧電磁器振動子の所
要変位方向に直交する方向に、例えば等間隔で絶
縁体からなる振動制止部材で、分断し一体に固着
されていることを特徴とし、これは換言すれば、
例えば矩形状の圧電磁器ピースの複数個が、板状
の振動制止部材を並列配置するように介在させ
て、一体に固着形成した圧電磁器構成体の両主面
に電極を付設した構成からなるもので、この振動
制止部材は、介在固着する方向の該振動子の変位
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
電磁器構成体での配置、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く、振動制止部
材を介して圧電磁器ピースを複数個並列固着して
圧電磁器構成体を形成するが、振動制止部材の材
質は、アルミナ磁器、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い。ま
た、圧電磁器ピースと固着する場合は、電極の電
気的接続を分断しないように寸法、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図は2枚積層した構成の圧電磁器振動子
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
器構成体5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寸法の板状の振動制止部材6を、
5個の角柱状の圧電磁器ピース7間の各々に1枚
介在させて一体に固着して矩形の圧電磁器構成体
5を形成している。 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/t1の条件からなる振動制止部材6を、
等間隔pピツチで圧電磁器ピース7間に並列固着
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、圧電磁器振動子30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、また、圧
電磁器ピースを強固に固着するために、該振動子
の幅wとほぼ同等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、圧電磁器ピー
スを強固に固着するため、また、電極に対して凹
凸となり電極の電気的接続を切断しないように、
同ピースと同厚みが望ましい。 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、断
面t1×l1、長さw1寸法の板状の振動制止部材6
を、5個の角柱状の圧電磁器ピース7間の各々に
1枚介在させて一体に固着して圧電磁器構成体5
を形成し、その両面に全面電極3,4を付設した
第2図と同構成の圧電磁器振動子の2枚を一方の
電極4,4側で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40は、第2図の1枚の圧電磁器構成体から
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、圧電磁器構成体の厚
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。また、電極の極
性は圧電磁器の変位方向により適宜選定すればよ
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。 圧電磁器ピース材質;ジルコン・チタン酸鉛系圧
電磁器、5個、 振動制止部材;Al2O3磁器製、l10.1mm×t11.5mm×
w110mm、4個 振動子寸法、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。 第4図と同構成のこの発明による積層型圧電磁
器振動子として、下記の振動子Cを使用した。 圧電磁器ピース材質;ジルコン・チタン酸鉛系圧
電磁器、5個、 振動制止部材;Al2O3磁器製、l10.1mm×t11.5mm×
w110mm、4個 各振動子寸法、長さl;35mm、幅w;10mm、厚み
(電極含む);0.75mm 電極;各振動子の両主面にCr−Ni系合金電極を
0.5μm厚みで蒸着。 以上の振動子A,B,C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、変位量が大巾に増大してい
ることが分る。 【表】
【図面の簡単な説明】
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……圧電磁器振動子、2
……圧電磁器、3,4……電極、5……圧電磁器
構成体、6……振動制止部材、7……圧電磁器ピ
ース。

Claims (1)

  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、圧電磁器を所要
    変位方向の直交方向に複数の絶縁体からなる振動
    制止部材で分断し一体に固着したこと特徴とする
    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を積層一体となした圧電磁
    器振動子において、圧電磁器を所要変位方向の直
    交方向に複数の絶縁体からなる振動制止部材で分
    断し一体に固着したことを特徴とする圧電磁器振
    動子。
JP59066187A 1984-04-03 1984-04-03 圧電磁器振動子 Granted JPS60208879A (ja)

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JPS60208879A JPS60208879A (ja) 1985-10-21
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