JPH03171784A - バイモルフ素子 - Google Patents
バイモルフ素子Info
- Publication number
- JPH03171784A JPH03171784A JP1311374A JP31137489A JPH03171784A JP H03171784 A JPH03171784 A JP H03171784A JP 1311374 A JP1311374 A JP 1311374A JP 31137489 A JP31137489 A JP 31137489A JP H03171784 A JPH03171784 A JP H03171784A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- displacement
- bimorph element
- electrodes
- outside electrodes
- piezoelectric
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
［発明の目的］
（産業上の利用分野）
本発明は、圧電アクチュエー夕として用いられる円形の
バイモルフ素子に係わり、特に円周部を固定して駆動さ
れるバイモルフ素子に関する。 （従来の技術） 従来、圧電効果を利用したアクチュエー夕は、小型・軽
量．低消費電力．低発熱量，磁場を発生せず他の電子部
品等への影響が少ない，電圧駆動であるため制御が容易
である、等の多くの利点を有することから、種々の分野
で利用されている。 このような圧電効果を利用したアクチュエー夕としては
、積層縦効果型アクチュエー夕、すべり効果型アクチュ
エー夕やバイモルフ型圧電素子（バイモルフ素子）に代
表される横効果型アクチュエータが実用化されている。 このうち、比較的大きな変位量を必要とする場合には、
バイモルフ素子が良く用いられている。 バイモルフ素子は、第３図に示す如く圧電板の両主面に
電極を設けた２つの圧電素子を重ね合わせた構造である
。この場合は、図の矢印方向に分極方向を有する圧電板
１．２に対して外ａｔｗｔ極４．５に負の電位、挟持用
電極３には正の電位を与えると、図で点線に示したよう
に圧電体１，２は湾曲する。また、外側電極４，５と挾
持用電極３にそれぞれ上記と逆の電位を与えると、この
バイモルフ素子は逆方向に湾曲する。 汎用されているバイモルフ素子は矩形状のものであるが
、比較的高い共振周波数又は大きな発生力が要求される
場合、或いはポンプ等の応用でアクチュエータ回りをシ
ーリングする必要がある場合には、円形のバイモルフ素
子が用いられる。 従来、用いられている円形のバイモルフ素子の構造を＊
４図に示す。なお、第４図（ａ）は斜視図で、第４図（
ｂ）は同図（ａ）の矢視Ｂ−Ｂ断面図である。圧電板１
，２及び電極３．４．５が円形となっているだけで、基
本的な構成は第３図と同様である。この円形バイモルフ
素子では、挟持用電極３と外側電極４，５との間に所定
の電圧を印加し、下側の圧電板２が縮長し上側の圧電板
１が伸長するような電位を与えると、第４図（ｂ）に破
線で示す如く上側に凸に湾曲する。電極３〜５に上記と
逆の電位を与えれば、このバイモルフ素子は下側に凸に
湾曲する。 しかしながら、この種のバイモルフ素子にあっては次の
ような問題があった。即ち、円形のバイモルフ素子は、
通常は円周部を固定して用いるが、このとき円周部を完
全固定してしまうと、変位が拘束されて変位しなくなる
。このため、シム材兼挟持用電極３を圧電体１，２より
円周方向にはみ出した構造をとり、このはみ出した部分
を固定することにより支持する構造とする。一方、共振
周波数，発生力等の機械的性質を向上させるためには、
円形バイモルフの円周部を支持構造から完全固定構造に
変えればよいが、この構造にすると先に説明したように
変位が拘束されてしまうという欠点がある。つまり、変
位量と機械的性質との間にトレードオフの関係があった
。 （発明が解決しようとする３題） このように従来、円形のバイモルフ素子の機械的性質を
向上させるために、円周部を完全固定の条件で使用しよ
うとすると、変位が拘束されてしまい、変位量が著しく
低下するという問題があった。 本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目
的とするところは、円周部を完全固定で使用しても十分
な変位を得ることができ、共振周波数や発生力等の機械
的性質の向上をはかり得る円形のバイモルフ素子を提供
することにある。
バイモルフ素子に係わり、特に円周部を固定して駆動さ
れるバイモルフ素子に関する。 （従来の技術） 従来、圧電効果を利用したアクチュエー夕は、小型・軽
量．低消費電力．低発熱量，磁場を発生せず他の電子部
品等への影響が少ない，電圧駆動であるため制御が容易
である、等の多くの利点を有することから、種々の分野
で利用されている。 このような圧電効果を利用したアクチュエー夕としては
、積層縦効果型アクチュエー夕、すべり効果型アクチュ
エー夕やバイモルフ型圧電素子（バイモルフ素子）に代
表される横効果型アクチュエータが実用化されている。 このうち、比較的大きな変位量を必要とする場合には、
バイモルフ素子が良く用いられている。 バイモルフ素子は、第３図に示す如く圧電板の両主面に
電極を設けた２つの圧電素子を重ね合わせた構造である
。この場合は、図の矢印方向に分極方向を有する圧電板
１．２に対して外ａｔｗｔ極４．５に負の電位、挟持用
電極３には正の電位を与えると、図で点線に示したよう
に圧電体１，２は湾曲する。また、外側電極４，５と挾
持用電極３にそれぞれ上記と逆の電位を与えると、この
バイモルフ素子は逆方向に湾曲する。 汎用されているバイモルフ素子は矩形状のものであるが
、比較的高い共振周波数又は大きな発生力が要求される
場合、或いはポンプ等の応用でアクチュエータ回りをシ
ーリングする必要がある場合には、円形のバイモルフ素
子が用いられる。 従来、用いられている円形のバイモルフ素子の構造を＊
４図に示す。なお、第４図（ａ）は斜視図で、第４図（
ｂ）は同図（ａ）の矢視Ｂ−Ｂ断面図である。圧電板１
，２及び電極３．４．５が円形となっているだけで、基
本的な構成は第３図と同様である。この円形バイモルフ
素子では、挟持用電極３と外側電極４，５との間に所定
の電圧を印加し、下側の圧電板２が縮長し上側の圧電板
１が伸長するような電位を与えると、第４図（ｂ）に破
線で示す如く上側に凸に湾曲する。電極３〜５に上記と
逆の電位を与えれば、このバイモルフ素子は下側に凸に
湾曲する。 しかしながら、この種のバイモルフ素子にあっては次の
ような問題があった。即ち、円形のバイモルフ素子は、
通常は円周部を固定して用いるが、このとき円周部を完
全固定してしまうと、変位が拘束されて変位しなくなる
。このため、シム材兼挟持用電極３を圧電体１，２より
円周方向にはみ出した構造をとり、このはみ出した部分
を固定することにより支持する構造とする。一方、共振
周波数，発生力等の機械的性質を向上させるためには、
円形バイモルフの円周部を支持構造から完全固定構造に
変えればよいが、この構造にすると先に説明したように
変位が拘束されてしまうという欠点がある。つまり、変
位量と機械的性質との間にトレードオフの関係があった
。 （発明が解決しようとする３題） このように従来、円形のバイモルフ素子の機械的性質を
向上させるために、円周部を完全固定の条件で使用しよ
うとすると、変位が拘束されてしまい、変位量が著しく
低下するという問題があった。 本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目
的とするところは、円周部を完全固定で使用しても十分
な変位を得ることができ、共振周波数や発生力等の機械
的性質の向上をはかり得る円形のバイモルフ素子を提供
することにある。
【発明の構成］
（課題を解決するための手段）
本発明の骨子は、円周部を完全固定構造としたときの変
位の拘束を防止するため、円の中心側と周辺側とで変位
方向を逆にすることにある。 即ち本発明は、２枚の圧電体の主面同士を挟持用電極を
挟んで被着し、各圧電体の他の主面にそれぞれ外側電極
を被着した円形のバイモルフ素子において、前記各外側
電極を半径方向にそれぞれ２分割し、該２分割した部分
を互いに変位が逆位相となるように駆動するようにした
ものである。 （作用） 本発明によれば、分割電極構造を採用することにより、
円周部分の固定端及び円中央部分の変位取り出し部では
変位による回転成分がキャンセルされて、中央の変位取
り出し部分は平行運動する。このため、円周完全固定を
行っても、バイモルフ，素子の変位を低下させることは
ない。 従って、円周部を完全固定しても変位が著しく低下する
ことはなく、十分な変位量を得ると共に共振周波数や発
生力等の機械的性質の向上が可能となる。 （実施例） 以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。 第１図は本発明の一実施例に係わるバイモルフ素子の概
略構成を示すもので、第１図（ａ）は斜視図、第１図（
ｂ）は同図（ａ）の矢視Ａ−Ａ断面図である。゛図中１
１．１２は圧電体からなる円形の圧電板であり、これら
の圧電板１１．１２の主面同士はシム兼挟持用電極１３
を介して接着されている。圧電板１１．１２の他の主面
には外側電極１４．１５が接着されており、これらの電
極１４．１５は半径方向に２分割されている。分割比は
、周辺側の電極１４ａ．１５ａ，中心側の電極１４ｂ，
１５ｂにそれぞれ同電界を印加したときにそれぞれの変
位が等しくなる値に設定してある。また、円の中央部分
には変位を取り出す部分として電極の無い変位に関与し
ない無効部分を設けてある。そして、円形バイモルフ素
子の円周部は固定端に完全固定されるものとなっている
。 第２図は上記素子における電圧印加の方法を説明するた
めの模式図である。第２図（ａ）においては、圧電板１
１．１２の分極方向を同一方向とし、挟持用電極１３は
接地、外側電極１４，１５のうち周辺側１４ａ，１５ａ
を負の電圧、中心側１４ｂ，１５ｂに正の電圧を印加す
る。 この場合、周辺側のＡ領域は下側に凸に変位し、中心側
のＢ領域は上側に凸に変位する。従って、前記第１図（
ｂ）に示す如き変位が得られる。第２図（ｂ）において
は、圧電板１１．１２の分極方向を周辺側と中心側で逆
方向にし、外側電極に印加する電圧はいずれも同じとし
た。この場合、挟持用電極１３に負、外側電極１４．１
５に正の電圧を印加することにより、周辺側のＡ領域は
下側に凸に変位し、中心側のＢ領域は上側に凸に変位す
ることになり、前記第１図（ｂ）に示す如き変位が得ら
れる。また、電源として交流電源１６を用いることによ
り、バイモルフ素子を振動させることが可能となる。 このように本実施例では、外側電極１４．１５の分割部
分を境に変位方向が逆になるように駆動すると、円周部
分の固定端及び円中央部分の変位取り出し部では変位に
よる四転威分がキャンセルされて、中央の変位取り出し
部分は平行運動する。このため、円周完全固定を行って
も、バイモルフ素子の変位を低下させることはない。 なお、分割電極構造を採用することにより、変位は全面
電極構造の同形状バイモルフを円周自由で駆動した場合
に比べて略１／２小さい値となる。しかし、実際には円
周自由ではアクチュエー夕として使用できないので、円
周支持構造の円形バイモルフと比較した場合、全体的な
特性としては向上する。実際に測定を行った例を下記表
に示す。使用した材料及び形状は同じとして、本発明の
実施例と従来例であるところの円周支持構造のバイモル
フとの比較を示した。 本発明の実施例の分割比は半径方向に等分割とした。 表 この表からも判るように、従来例に比して本実施例は変
位量は僅かに小さくなるものの、共振周波数が格段に高
くなり、高速駆動が可能となる。また、円周完全固定で
あることから、共振周波数や発生力等の機械的性質の向
上をはかることができる。従って、比較的高い共振周波
数及び大きな発生力が要求されるアクチュエー夕に用い
ることができ、その有用性は絶大である。 なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。例えば、挟持用電極及び外側電極に印加する電位は
前記第２図に限定されるものではなく、２つの圧電板の
対向する部分が逆位相で、且つ分割された周辺側と中心
側とで逆位相となるような電位であれがよい。また、実
施例では円周部を固定し円中央部で変位を取り出す構成
としたが、逆に円中央部を固定し円周部で変位を取り出
すようにしてもよい。その他、本発明の要旨を逸脱しな
い範囲で、種々変形して実施することができる。 【発明の効果】 以上詳述したように本発明によれば、分割電極構造を採
用し円の中心側と周辺側とで変位方向を逆にしているの
で、円周部を完全固定で使用しても十分な変位を得るこ
とができ、共振周波数や発生力等の機械的性質の向上を
はかり得る円形のバイモルフ素子を実現することができ
る。
位の拘束を防止するため、円の中心側と周辺側とで変位
方向を逆にすることにある。 即ち本発明は、２枚の圧電体の主面同士を挟持用電極を
挟んで被着し、各圧電体の他の主面にそれぞれ外側電極
を被着した円形のバイモルフ素子において、前記各外側
電極を半径方向にそれぞれ２分割し、該２分割した部分
を互いに変位が逆位相となるように駆動するようにした
ものである。 （作用） 本発明によれば、分割電極構造を採用することにより、
円周部分の固定端及び円中央部分の変位取り出し部では
変位による回転成分がキャンセルされて、中央の変位取
り出し部分は平行運動する。このため、円周完全固定を
行っても、バイモルフ，素子の変位を低下させることは
ない。 従って、円周部を完全固定しても変位が著しく低下する
ことはなく、十分な変位量を得ると共に共振周波数や発
生力等の機械的性質の向上が可能となる。 （実施例） 以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。 第１図は本発明の一実施例に係わるバイモルフ素子の概
略構成を示すもので、第１図（ａ）は斜視図、第１図（
ｂ）は同図（ａ）の矢視Ａ−Ａ断面図である。゛図中１
１．１２は圧電体からなる円形の圧電板であり、これら
の圧電板１１．１２の主面同士はシム兼挟持用電極１３
を介して接着されている。圧電板１１．１２の他の主面
には外側電極１４．１５が接着されており、これらの電
極１４．１５は半径方向に２分割されている。分割比は
、周辺側の電極１４ａ．１５ａ，中心側の電極１４ｂ，
１５ｂにそれぞれ同電界を印加したときにそれぞれの変
位が等しくなる値に設定してある。また、円の中央部分
には変位を取り出す部分として電極の無い変位に関与し
ない無効部分を設けてある。そして、円形バイモルフ素
子の円周部は固定端に完全固定されるものとなっている
。 第２図は上記素子における電圧印加の方法を説明するた
めの模式図である。第２図（ａ）においては、圧電板１
１．１２の分極方向を同一方向とし、挟持用電極１３は
接地、外側電極１４，１５のうち周辺側１４ａ，１５ａ
を負の電圧、中心側１４ｂ，１５ｂに正の電圧を印加す
る。 この場合、周辺側のＡ領域は下側に凸に変位し、中心側
のＢ領域は上側に凸に変位する。従って、前記第１図（
ｂ）に示す如き変位が得られる。第２図（ｂ）において
は、圧電板１１．１２の分極方向を周辺側と中心側で逆
方向にし、外側電極に印加する電圧はいずれも同じとし
た。この場合、挟持用電極１３に負、外側電極１４．１
５に正の電圧を印加することにより、周辺側のＡ領域は
下側に凸に変位し、中心側のＢ領域は上側に凸に変位す
ることになり、前記第１図（ｂ）に示す如き変位が得ら
れる。また、電源として交流電源１６を用いることによ
り、バイモルフ素子を振動させることが可能となる。 このように本実施例では、外側電極１４．１５の分割部
分を境に変位方向が逆になるように駆動すると、円周部
分の固定端及び円中央部分の変位取り出し部では変位に
よる四転威分がキャンセルされて、中央の変位取り出し
部分は平行運動する。このため、円周完全固定を行って
も、バイモルフ素子の変位を低下させることはない。 なお、分割電極構造を採用することにより、変位は全面
電極構造の同形状バイモルフを円周自由で駆動した場合
に比べて略１／２小さい値となる。しかし、実際には円
周自由ではアクチュエー夕として使用できないので、円
周支持構造の円形バイモルフと比較した場合、全体的な
特性としては向上する。実際に測定を行った例を下記表
に示す。使用した材料及び形状は同じとして、本発明の
実施例と従来例であるところの円周支持構造のバイモル
フとの比較を示した。 本発明の実施例の分割比は半径方向に等分割とした。 表 この表からも判るように、従来例に比して本実施例は変
位量は僅かに小さくなるものの、共振周波数が格段に高
くなり、高速駆動が可能となる。また、円周完全固定で
あることから、共振周波数や発生力等の機械的性質の向
上をはかることができる。従って、比較的高い共振周波
数及び大きな発生力が要求されるアクチュエー夕に用い
ることができ、その有用性は絶大である。 なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。例えば、挟持用電極及び外側電極に印加する電位は
前記第２図に限定されるものではなく、２つの圧電板の
対向する部分が逆位相で、且つ分割された周辺側と中心
側とで逆位相となるような電位であれがよい。また、実
施例では円周部を固定し円中央部で変位を取り出す構成
としたが、逆に円中央部を固定し円周部で変位を取り出
すようにしてもよい。その他、本発明の要旨を逸脱しな
い範囲で、種々変形して実施することができる。 【発明の効果】 以上詳述したように本発明によれば、分割電極構造を採
用し円の中心側と周辺側とで変位方向を逆にしているの
で、円周部を完全固定で使用しても十分な変位を得るこ
とができ、共振周波数や発生力等の機械的性質の向上を
はかり得る円形のバイモルフ素子を実現することができ
る。
第１図は本発明の一実施例に係わる円形バイモルフ素子
の概略構成を示す図、第２図は上記バイモルフ素子の駆
動方法を説明するための模式図、第３図は短冊型バイモ
ルフ素子の構成及び変位状態を示す図、第４図は従来の
円形バイモルフ素子の概略構成を示す図である。 １１・・・圧電板、 １２・・・圧電板、 １３・・・シム兼挟持用電極、 １４．１５・・・外側電極、 １４ａ，１５ａ・・・周辺側電極、 ｉ４ｂ，１５ｂ・・・中心側電極、 １６・・・交流電源。
の概略構成を示す図、第２図は上記バイモルフ素子の駆
動方法を説明するための模式図、第３図は短冊型バイモ
ルフ素子の構成及び変位状態を示す図、第４図は従来の
円形バイモルフ素子の概略構成を示す図である。 １１・・・圧電板、 １２・・・圧電板、 １３・・・シム兼挟持用電極、 １４．１５・・・外側電極、 １４ａ，１５ａ・・・周辺側電極、 ｉ４ｂ，１５ｂ・・・中心側電極、 １６・・・交流電源。
Claims (1)
- ２枚の圧電板の主面同士を挟持用電極を挟んで被着し、
各圧電板の他の主面にそれぞれ外側電極を被着した円形
のバイモルフ素子において、前記各外側電極は半径方向
にそれぞれ２分割されてなることを特徴とするバイモル
フ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1311374A JPH03171784A (ja) | 1989-11-30 | 1989-11-30 | バイモルフ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1311374A JPH03171784A (ja) | 1989-11-30 | 1989-11-30 | バイモルフ素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03171784A true JPH03171784A (ja) | 1991-07-25 |
Family
ID=18016410
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1311374A Pending JPH03171784A (ja) | 1989-11-30 | 1989-11-30 | バイモルフ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03171784A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008007634A1 (en) | 2006-07-11 | 2008-01-17 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Piezoelectric pump |
| WO2008081767A1 (ja) * | 2006-12-27 | 2008-07-10 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | 圧電バルブ |
| WO2012105522A1 (ja) * | 2011-02-01 | 2012-08-09 | パナソニック株式会社 | 発電デバイスおよびそれを用いた発電モジュール |
| WO2012117831A1 (ja) * | 2011-03-01 | 2012-09-07 | 株式会社村田製作所 | 圧電素子およびこれを用いた圧電装置 |
| US11211544B2 (en) | 2015-08-31 | 2021-12-28 | Koninklijke Philips N.V. | Actuator or sensor device based on an electroactive or photoactive polymer |
-
1989
- 1989-11-30 JP JP1311374A patent/JPH03171784A/ja active Pending
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008007634A1 (en) | 2006-07-11 | 2008-01-17 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Piezoelectric pump |
| US8162629B2 (en) | 2006-07-11 | 2012-04-24 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Piezoelectric pump |
| EP2039934A4 (en) * | 2006-07-11 | 2012-06-13 | Murata Manufacturing Co | PIEZOELECTRIC PUMP |
| EP2573396A3 (en) * | 2006-07-11 | 2013-04-10 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Piezoelectric pump |
| WO2008081767A1 (ja) * | 2006-12-27 | 2008-07-10 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | 圧電バルブ |
| JP4858546B2 (ja) * | 2006-12-27 | 2012-01-18 | 株式会社村田製作所 | 圧電バルブ |
| JP2012160620A (ja) * | 2011-02-01 | 2012-08-23 | Panasonic Corp | 発電デバイスおよびそれを用いた発電モジュール |
| WO2012105522A1 (ja) * | 2011-02-01 | 2012-08-09 | パナソニック株式会社 | 発電デバイスおよびそれを用いた発電モジュール |
| KR101366735B1 (ko) * | 2011-02-01 | 2014-02-24 | 파나소닉 주식회사 | 발전 디바이스 및 그것을 사용한 발전 모듈 |
| WO2012117831A1 (ja) * | 2011-03-01 | 2012-09-07 | 株式会社村田製作所 | 圧電素子およびこれを用いた圧電装置 |
| CN103392244A (zh) * | 2011-03-01 | 2013-11-13 | 株式会社村田制作所 | 压电元件以及使用该压电元件的压电装置 |
| JP5500308B2 (ja) * | 2011-03-01 | 2014-05-21 | 株式会社村田製作所 | 圧電素子およびこれを用いた圧電装置 |
| US9406861B2 (en) | 2011-03-01 | 2016-08-02 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Piezoelectric element and piezoelectric device using the same |
| US11211544B2 (en) | 2015-08-31 | 2021-12-28 | Koninklijke Philips N.V. | Actuator or sensor device based on an electroactive or photoactive polymer |
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