JPH0314057Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、圧電材料の歪み率の劣化を防止する
ことができる異種の圧電材料を貼合わせたバイモ
ルフに関する。

（従来の技術） 従来の圧電材料を用いたバイモルフは、同一材
料からなる薄板状の圧電材料を２枚貼合わせた構
造であつた。

第３図は、バイモルフに使用される圧電材料の
変形状態を説明するための図である。

第３図において、１１は圧電材料、１１ａは双
極子、１３，１４は電極である。

圧電材料は、ボーリングにより双極子１１ａが
一定の傾向に整列させられるが（第３図ａ）、ボ
ーリングと同方向電圧を印加すると電界方向と垂
直の方向に縮み（第３図ｂ）、ボーリングと逆方
向電圧を印加すると電界方向と垂直の方向に伸び
る（第３図ｃ）。

この際に、ボーリング方向と逆方向の電圧を印
加すると、双極子１１ａの整列状態は第３図にお
ける水平方向に変化しようとする。

（考案が解決しようとする問題点） 前述のように、双極子１１ａの向きが水平方向
を向くと、歪みが減少してしまう。この減少の度
合は、材料の固有の性質と、電界の強さと経過時
間により決まつている。バイモルフに使用する場
合に、このような劣化があると変形量の減少を招
くという問題があつた。圧電材料の歪み率の劣化
を防止するためには、印加電圧を下げるか、また
は、歪み率は小さいが逆電圧に対して劣化しにく
い圧電材料を使用することも考えられるが、共
に、バイモルフの変形量を減少させることにな
る。

また、バイモルフを中立面に対して両振り動作
をさせると、圧電材料が疲労しやすいという問題
点もあつた。

本考案の目的は、圧電材料の性質を損なうこと
なく最大限に引出して、変形量が大きくしかも経
時劣化を非常に小さくでき、かつ、疲労の少ない
異種の圧電材料を貼合わせたバイモルフを提供す
ることにある。

（問題点を解決するための手段） 前記目的を達成するために本考案による異種の
圧電材料を貼合わせたバイモルフは、電圧の印加
方向により伸縮する板状の第１および第２の圧電
材料を２枚貼合わせて、前記第１の圧電材料には
縮む方向の電圧を印加し、前記第２の圧電材料に
は伸びる方向の電圧を印加することにより曲げ変
形を生ずるバイモルフにおいて、前記第１の圧電
材料は大きな圧電定数の圧電材料を用い、前記第
２の圧電材料は前記第１の圧電材料の圧電定数よ
り小さい圧電定数の圧電材料を用いて構成されて
いる。

（実施例） 以下、図面等を参照して、実施例について本考
案を詳細に説明する。

第１図は、本考案による異種の圧電材料を貼合
わせたバイモルフの実施例を示した図である。

第１図において、１１，１２は圧電材料、１
３，１４は電極、１５はシム材であらる。

圧電材料１１は、縮み側の圧電材料であつて、
伸びる方向の電圧を印加すると歪み率の劣化を生
じやすくても、電圧に対して歪み率の大きい材料
が用いられている。

圧電材料１２は、伸び側の圧電材料であつて、
電圧に対して歪み率は小さいが、伸びる方向の電
圧を印加しても歪み率の劣化を生じにくい材料が
用いられている。

具体的には、圧電材料１１，１２はチタン酸ジ
ルコン酸塩PZT）系の磁器が用いられており、
縮み側の圧電材料１１としては長さ方向の等価圧
電定数が−120〜−130×10^-12ｍ／Ｖの材料が適
しており、伸び側の圧電材料１２としては長さ方
向の等価圧電定数が−195〜−300×10^-12ｍ／Ｖ
の材料が適している。

このような異種の圧電材料１１，１２をシム材
１５を介して２枚貼合わせている。なお、シム材
１５を用いずに電極を介して直接接続することも
できる。

この構造にすれば、歪率の変化が小さくなるこ
とは勿論である。

電圧を低くする方法よりも出力が大きくなる。
この理由は、電圧を低くするには順方向許容電圧
の1/2程度までに押さえなければならず、本考案
のバイモルフよりも劣ることは明白である。ま
た、両側に逆電圧に強い材料を用いる方法も本考
案のバイモルフよりも劣ることは明白である。

第２図は、本考案による異種の圧電材料を貼合
わせたバイモルフを用いた電子弁を示した断面図
である。

弁本体２は中央部には、空気空間２００が形成
されている。また、本体２にはインポートIN，
アウトポートOUT，排気ポートEXHが設けられ
ている。インポートINは、流路２０１を介して
円環状の空気空間２０２に連通している。アウト
ポートOUTは、空気空間２００に直接連通して
いる。排気ポートEXHは流路２０６を介して円
環状の空気空間２０７に連通している。

本体２には弁座部材２１，２２が設けられてい
る。弁座部材２１，２２は先端に弁座２１ａ，２
２ａを有する円筒形の部材であつて、円透外周に
ねじ部２１ｂ，２２ｂが設けられ、これらのねじ
部２１ｂ，２２ｂに接着剤が塗布されて、封止さ
れている。弁座部材２１，２２の後端は埋ねじ２
３，２４で封止されており、内部に空気空間２０
４，２０９を形成し、空気空間２０４，２０９に
は外周の空気空間２０２，２０７にそれぞれ連通
する流路２０３，２０８と弁座２１ａ，２２ａの
開口に連通する路２０５，２１０が設けられてい
る。

弁座部材２１，２２はＯリング２５，２６を介
して本体２に気密を保ちながら、ねじ部２１ｂ，
２２ｂで位置決め固定されている。このとき、イ
ンポートINに連通する空気空間２０２は弁座部
材２１の流路２０３，空気空間２０４，流路２０
５を介して本体２の空気空間２００に連通する。
同様に、排気ポートEXHに連通する空気空間２
０７は弁座部材２２の流路２０８，空気空間２０
９，流廊２１０を介して本体２の空気空間２００
に連通する。なお、弁座部材２１，２２の弁座２
１ａ，２２ａは対面して設けられている。

バイモルフ１にはリード線３１，３２が接続さ
れており、２枚の圧電材料の表面側の電極１３，
１４およびシム材１５側に半田付けされている。
バイモルフ１の上端とリード線３１，３２との接
続部は高分子材料３３により、上蓋４１内で一体
的にモールドされている。これはバイモルフ１の
高速作動に対して接触不良や断線などの事故を防
止して電子弁の信頼性を向上させるためである。
上蓋４１はＣリング４３を介してねじ等で本体２
に固定されている。また、本体の下側には、下蓋
４２がＯリング４４を介して気密を保つてねじ等
で固定されている。

バイモルフ１の先端部分には弁体５１，５２が
弁座部材２１，２２の弁座２１ａ，２２ａに対面
して設けられている。

つぎに、本考案による異種の圧電材料を貼合わ
せたバイモルフを用いた電子弁の動作を説明す
る。

リード線３１，３２に通電されていないときに
は、バイモルフ１は歪んでいないので、バイモル
フ１に設けられている弁体５１が弁座２１ａを閉
じている。このため、インポートINから路２０
１，空気空間２０２，流路２０３，空気空間２０
４、流路２０５を介して供給される空気圧は遮断
されている。

いま、リード線３１，３２に通電されたとする
と、バイモルフ１は右側に歪む。したがつて、バ
イモルフ１に設けられている弁体５１は弁座２１
ａを開き、弁体５２が弁２２ａを閉じる。このた
め、インポートINから流路２０１，空気空２０
２，流路２０３，空気空間２０４，流路２０５を
介して供給されている空気圧は、空気空間２００
を通り、アウトポートOUTに流れる。

リード線３１，３２への通電が停止されると、
バイモルフ１は自らの剛性により元の状態に復帰
する。したがつて、弁体５１が弁座２１ａを閉
じ、弁体５２が弁座２２ａを開く。このため、ア
ウトポートOUTからの空気圧は、空気空間２０
０，流路２１０，空気空間２０９，流路２０８，
空気空間２０７，路２０６を介して排気ポート
EXHから排気される。

このように、バイモルフ１は片振り状態で使用
される。

（考案の効果） 以上詳しく説明したように、本考案によれば、
縮み側には印加する電圧に対し歪率の大きい（圧
電定数の大きい）圧電材料を用い、伸び側には縮
み側の圧電材料より小さい歪み率（圧電定数の小
さい）を持つ圧電材料を用いているので、変形量
が大きくしかも経時変化の非常に少ないバイモル
フを実現できるという効果がある。

また、使用状態が常に片張り状態であるので、
圧電材料の疲労が少なく、電子弁等に使用した場
合の耐久性が著しく向上した。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案による異種の圧電材料を貼合
わせたバイモルフの実施例を示した図である。第
２図は、本考案による異種の圧電材料を貼合わせ
たバイモルフを用いた電子弁を示した断面図であ
る。第３図は、バイモルフに使用される圧電材料
の変形状態を説明するための図である。 １……バイモルフ、１１，，１２……圧電材料、
１３，１４……電極、１５……シム材、２……バ
ルブ本体、２１，２２……弁座部材、２３，２４
……押ねじ、２４，２６……Ｏリング、３１，３
２……リード線、３３……高分子材料、４１……
上蓋、４２……下蓋、４３，４４……Ｏリング、
５１，５２………弁体。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 電圧の印加方向により伸縮する板状の第１およ
   び第２の圧電材料を２枚貼合わせて、前記第１の
   圧電材料には縮む方向の電圧を印加し、前記第２
   の圧電材料には伸びる方向の電圧を印加すること
   により曲げ変形を生ずるバイモルフにおいて、前
   記第１の圧電材料は大きな圧電定数の圧電材料を
   用い、前記第２の圧電材料は前記第１の圧電材料
   の圧電定数より小さい圧電定数の圧電材料を用い
   て構成したことを特徴とする異種の圧電材料を貼
   合わせたバイモルフ。