JPH0256834B2 - - Google Patents

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JPH0256834B2
JPH0256834B2 JP59066188A JP6618884A JPH0256834B2 JP H0256834 B2 JPH0256834 B2 JP H0256834B2 JP 59066188 A JP59066188 A JP 59066188A JP 6618884 A JP6618884 A JP 6618884A JP H0256834 B2 JPH0256834 B2 JP H0256834B2
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JP
Japan
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piezoelectric
vibrator
displacement
piezoelectric bimorph
bimorph vibrator
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JP59066188A
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JPS60208880A (ja
Inventor
Hiromitsu Fujii
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Proterial Ltd
Original Assignee
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
    • H10N30/2041—Beam type
    • H10N30/2042—Cantilevers, i.e. having one fixed end

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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
得る圧電バイモルフ振動子の改良に係り、圧電体
の圧電磁器を該圧電磁器の所要変位方向の直交方
向に分断し、絶縁体からなる振動制止部材の複数
個を介在させて一体となし、圧電体における振動
制止部材の固着方向の変位を阻止することによ
り、移動子の所要方向の機械的大変位を得ること
ができる圧電バイモルフ振動子に関する。 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バイモルフ振動子を用いて、
電気的変位を機械的変位に変換する場合、例えば
第1図に示す如く、一方を支持部8に固定し、他
方を振動自由端とする片持梁構成の圧電バイモル
フ振動子1は、幅w×長さlの矩形板圧電磁器3
の両主面に全面電極5,6を付設した圧電磁器振
動子(以下、圧電体という)2を振動板4に貼着
して構成され、厚みt方向に分極され圧電体2の
各々電極5,6より電気信号を入力することで、
圧電体2がl方向に変位し、該l方向の変位に基
づき圧電バイモルフ振動子1の振動自由端を上下
方向(図中x方向)に変位させるものである。 圧電バイモルフ振動子1の上下方向に大きな機
械的変位を得るには、圧電体のl方向の機械的変
位を大にする必要があり、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
ればよいが、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、圧電バイモルフ振動子の構
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、圧電バイモル
フ振動子において、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バイモルフ
振動子を目的とし、また、さらに、1枚の圧電バ
イモルフ振動子だけでなく、積層型の振動子とし
ても適している圧電バイモルフ振動子を目的とし
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体を、振動板の少
なくとも1主面に固着してなる圧電バイモルフ振
動子において、圧電磁器を該圧電磁器の所要変位
方向、すなわち、主面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
徴とする圧電バイモルフ振動子であり、かかる特
徴を有する圧電体を積層して、振動板の少なくと
も1主面に固着した圧電バイモルフ振動子であ
る。 この発明は、第1図に示す矩形の圧電バイモル
フ振動子1のx方向の機械的変位を増大させるた
め、種々検討した結果、圧電バイモルフ振動子1
の圧電体2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
圧電バイモルフ振動子を完成したものである。 この発明は、圧電体を構成する圧電磁器が、該
圧電磁器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さ
れかつ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り、
この振動制止部材は、固着する方向の圧電体の変
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、
圧電バイモルフ振動子での配置、数量、並列間隔
等の条件は、圧電バイモルフ振動子の圧電体およ
び/または振動板の長さ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、圧電バイモルフ振動子の電極は、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。振動制止部材を圧電磁器ピースに固着する場
合は、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。 また、圧電バイモルフ振動子の振動板は、説明
において矩形状を例にしているが、円板状の他形
状でもよく、その大きさも圧電体と同一にする必
要はない。さらに、この発明は片持梁構成の圧電
バイモルフ振動子に限定されるものでなく、他の
支持方法の振動子にも有効である。 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。
ここでは片持梁構成の圧電バイモルフ振動子の場
合について説明する。第2図はこの発明による圧
電バイモルフ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図はこの発明
による圧電バイモルフ振動子の側面図である。第
5図と第6図は圧電体を、2枚、振動板の片面ま
たは両面に積層した構成の圧電バイモルフ振動子
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バイモルフ振動子10は、
長さl、幅w、厚みt1寸法の振動板4の片面に貼
着した圧電体2が、圧電体2の両主面に全面電極
5,6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x方向の変位を増大させ
る目的で、断面t2×l2、長さw2の板状の振動制止
部材7を、5個の角柱状の圧電磁器ピース9間の
各々に1枚介在させて一体に固着して矩形の圧電
磁器構成体に形成してある。 上記の構成の圧電バイモルフ振動子10におい
て、 圧電体2;l/w=4、t/w=0.03、 振動板4;l/w=4、t1/w=0.01、 l2/l=1/1000、w2/w=1、t2/t1の
条件からなる振動制止部材7を、等間隔pピツチ
で圧電磁器ピース9間に並列固着し、全面電極
5,6間に直流電界を0.4kV/mmの強度で印加し
たときの、圧電バイモルフ振動子10のl方向の
変位量△x1を測定した。また同様に、同一寸法条
件の従来の圧電バイモルフ振動子1における変位
量△xを測定し、これらの測定結果に基づき、△
x1/△x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7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、圧電体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1〜20
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w2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、該圧電体
の幅wとほぼ同等であることが望ましく、圧電体
の長さl方向の断面長さl2は、圧電体の長さ方向
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、圧電体の厚みt方向の断面長
さt2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。 以下に、この発明による圧電バイモルフ振動子
の他の実施態様を説明する。 第4図に示す振動子20は、圧電磁器ピース9
と振動制止部材7を交互に並列固着した圧電磁器
からなる第2図と同構成の圧電体2を、振動板4
の両面に固着した構成である。この振動子20
も、前記の第2図の振動子10と同様の効果が得
られる。 次にこの発明による圧電体積層型の圧電バイモ
ルフ振動子を説明する。 第5図に示す積層型圧電磁器振動子30は、振
動板4の片面に第2図と同構成の圧電体2,2を
積層した構成であり、第6図の積層型圧電バイモ
ルフ振動子40は、圧電磁器ピース9と振動制止
部材7を交互に並列固着した圧電磁器からなる第
2図と同構成の圧電体2を、振動板4の両面に
各々2枚積層固着した構成である。 上記の構成からなるこの発明による圧電バイモ
ルフ振動子は、第2図の1枚の圧電体からなるこ
の発明の振動子10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、積層枚数や振動制止部材の介在向き等も適宜
選定でき、また、振動制止部材の形状、寸法、圧
電バイモルフ振動子での配置、数量、並列間隔等
の条件は、圧電体、振動板の長さ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。 実施例 以下に実施例を示す。 従来の圧電バイモルフ振動子(第1図と同構
成)として、下記の振動子Aを使用した。 振動板;りん青銅板、長さl;35mm、幅w;10
mm、 厚みt1;0.1mm、 圧電体;ジルコン・チタン酸鉛系圧電磁器、 圧電体寸法長さl;35mm、幅w;10mm、 厚みt(電極含む);0.3mm、 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バ
イモルフ振動子として、下記の振動子Bを使用し
た。 振動板;りん青銅板、長さl;35mm、幅w;10
mm、 厚みt1;0.1mm、 圧電磁器ピース;ジルコン・チタン酸鉛系圧電磁
器、14個、 振動制止部材;Al2O3磁器製、l20.1mm×t20.3mm×
w210mm、13個、 圧電体寸法長さl;35mm、幅w;10mm、 厚み(電極含む);0.3mm、 電極;両主面にCr−Ni系合金電極を0.5μm厚み
で蒸着、 第5図と同構成のこの発明による圧電バイモル
フ振動子として、上記の振動子Bと同一の圧電体
(但し、電極を含む厚みが0.15mm)を使用して組
立てた振動子Cを使用した。 以上の振動子A,B,Cを用いて、電極間に、
40V、80V、120Vの直流電圧を印加して長さ方向
の変位量x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バイモルフ振動子
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図は従来の圧電バイモルフ振動子の正面図
と側面図である。第2図はこの発明による圧電バ
イモルフ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△x1/△xとの関係のグラフであり、
第4図はこの発明による圧電バイモルフ振動子の
側面図である。第5図と第6図は圧電体を2枚、
振動板の片面または両面に積層した構成の圧電バ
イモルフ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……圧電バイモルフ振動
子、2……圧電体、3……圧電磁器、4……振動
板、5,6……電極、7……振動制止部材、8…
…支持部、9……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
    けた圧電体を、振動板の少なくとも1主面に固着
    してなる圧電バイモルフ振動子において、圧電磁
    器を該圧電磁器の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バイモルフ振動子。 2 圧電磁器よりなる矩形板の両主面に電極を設
    けた圧電体の複数を、振動板の少なくとも1主面
    に固着してなる圧電バイモルフ振動子において、
    圧電磁器を該圧電磁器の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バイモルフ振
    動子。
JP59066188A 1984-04-03 1984-04-03 圧電バイモルフ振動子 Granted JPS60208880A (ja)

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JPS60208880A JPS60208880A (ja) 1985-10-21
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