JPH03273870A

JPH03273870A - 圧電アクチュエータ

Info

Publication number: JPH03273870A
Application number: JP2073812A
Authority: JP
Inventors: Jiro Inoue; 二郎井上
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1990-03-23
Filing date: 1990-03-23
Publication date: 1991-12-05

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。

Description

【発明の詳細な説明】主業上皇肘里公団本発明は圧電アクチュエータの改良に関する。

従来■肢街この種のアクチュエータは、例えばビデオテープに録画
した画面をスチル再生するために、ビデオヘッドを回転
ドラムの軸方向に変位させたり、その他精密機械の変位
量を制御するため等各種用途で使用されている。

第４図は従来よく使用されている圧電アクチュエータを
示している。このものは、金属板等のシム３１の両面に
圧電板３２．３３を、分極方向を上方に向けた状態で貼
着したバイモルフ構造をしている。各圧電板３２．３３
の両面に形成された電極３４，３５，３６．３７は、夫
々図示の如く端子ｔｌ＋　　ｔＺと接続される。この接
続はいわゆる並列駆動方式といわれるもので、端子１．
．１２に直流電圧を加えると一方の圧電板３２には分極
方向と同方向の電界が印加されるが、他方の圧電板３３
には分極方向と逆方向の電界が印加されることとなる。

両正電板３２．３３の振動モードは面積振動であるので
、一方の圧電板３２が面積を増大し、他方が減少する。

このように面積の増大と減少がシム３１の両側の圧電板
３２．３３で同時に生しるので、シム３１は図中破線で
示すように屈曲変形する。この場合、シム３１の変形量
は印加する直流電圧の大きさに比例する。

が　　しよ゛と　るところで、近年圧電アクチュエータは利用用途の拡大に
伴い、比較的大きな変位量をもったものが要求されるよ
うになってきつつあるが、上記従来のバイモルフタイプ
の圧電アクチュエータであると、一方の圧電板には分極
方向と逆方向の電界が加わるので、抗電界（残留分極を
打消す大きさの電界）の７０％以上の電界を加えること
が出来ず、そのため要求される程の大変位量を得ること
ができないという課題がある。

本発明は、このような課題に鑑み、変形量の大きな振動
モードを巧みに利用して、抗電界の範囲であっても大変
位量を得ることのできる圧電アクチュエータを提供する
ことを目的としている。

ｉ　を７゛するための上記目的を達成するため本発明は、シムの両面に圧電板
が貼着された圧電アクチュエータにおいて、一方の圧電
板は厚み方向に分極された一枚の圧電セラミック体から
成り、他方の圧電体は複数の圧電セラミック片を電極を
介して並列に接続した構成であり、かつその分極方向が
隣合う圧電セラミック片の分極方向を互いに逆方向に向
けた状態で全て接合方向に揃えてあることを特徴として
いる。

また、両面に圧電板が貼着された圧電アクチュエータに
おいて、一方の圧電板は厚み方向に分極された複数の圧
電セラミック体を、分極方向が交互に逆無機となる状態
で電極をはさんで積層されており、他方の圧電体は複数
の圧電セラミック片を電極を介して並列に接続した構成
であり、かつその分極方向が隣合う圧電セラミック片の
分極方向を互いに逆方向に向けた状態で全て接合方向に
揃えてあることを特徴としている。

詐−−−ル上記構成によれば、複数の圧電セラミック片から成る一
方の圧電板においては、一つおきの接合面に形成さた電
極を駆動電源の一端に接続し、残りの接合面に形成され
た電極を他端に接続することにより、全ての圧電セラミ
ンク片に同一極性の電圧を印加することができる。しか
もこの場合、各圧電セラミック片は厚み振動モードで変
形するので、従来の面積振動モードに比べて圧電板全体
として２０％程変形量が増加する。従って、たとえ分極
方向と逆方向の駆動電圧を印加したとしても抗電界の７
０％の範囲の電圧で十分大きな変位量を得ることができ
る。更に、他方の圧電板に、前記圧電板と逆極性の電圧
を印加すれば、より大きな駆動力を得ることができ、変
位量も増大する。

実−一見一一■ 第１図は本発明の一実施例を示す図である。シム１の両
面に圧電板２，３が貼着されている。シム１としては金
属板又は弾力性のある絶縁板が用いられる。金属板を用
いる場合、圧電板２との間に絶縁層が形成される。これ
は隣の電極（後述する）同士が金属板によってショート
されるのを防止するためである。

圧電板２は小さな短冊状の圧電セラミック片２１・・・
多数を電極２２ａ、２２ｂ・・・を介して接合した構成
をしている。各圧電セラミック片２１・・・の分極方向
は接合方向（図中矢印ａ方向）に揃えられ、しかも隣合
う圧電セラミック片の分極方向は互いに逆方向に向けら
れている。各圧電セラミック片２１・・・の分極方向の
厚みは第４図に示した従来の圧電板の分極方向厚みと略
々同じとするのが良い。これは従来の同じ程度の駆動電
源を使用するためである。圧電板２の大きさ（表面積）
は従来と同じであるから圧電板２を構成するのに必要な
圧電セラミンク片２１・・・の数は自ずと決まる。

各圧電セラミック片２１・・・間の接合面に形成された
電極２２ａ、２２ｂ・・・は図示のように１つおきの接
合面の電極２２ａ、２２ｃ、２２ｅ・・・をまとめて一
方の端子１．に、残りの接合面の電極２２ｂ、２２ｄ、
２２ｆ・・・をまとめて他方の端子ｔ２に接続しである
。

一方、圧電板３は従来の圧電アクチュエータと同様、厚
み方向に分極された１枚の圧電セラミック板から成り、
分極方向が上記圧電板２の分極方向と垂直になるように
してシム１に貼着されている。この圧電板３の両面に形
成された電極３ａ。

３ｂは、圧電板２，３が並列駆動方式で駆動されるよう
、夫々図示の如く端子１２，１．に接続されている。

従って、前記端子ｔ、とｔ２間に図示の極性で直流電圧
を印加すると、各圧電セラミック片２１・・・に分極方
向と同方向の電界が加わり、圧電セラミック２１・・・
はその厚みを増す方向に変形する。

この結果、圧電体２全体が面積を増大することとなり、
シム１を下方に屈曲変形させる。この場合、作用の項で
述べたように圧電セラミック片は厚み振動モードで変形
するので、圧電板２全体の面積増大量は従来の面積振動
モードの圧電板に同し直流電圧を印加した場合に比べて
２０％程大であり、それだけシムの変形量も大である。

一方、圧電板３には、分極方向と逆方向の電界が印加さ
れることとなる。この際、圧電板３は面積振動モートで
変動するので、分極方向と垂直な方向に収縮変形し、面
積が減少する。これによって、シム１を屈曲変形させる
駆動力が増大し、それに伴ってシム１の変位量も大きく
なる。また、この際、上述したように圧電体２が厚み振
動モードで変形するため、圧電体３に印加される電圧が
抗電界の７０％の範囲内であっても、従来のバイモルフ
タイプの圧電アクチュエータよりも大きな変位量を得る
ことできる。

ところで、上記圧電板２の作成は例えば次のようにして
行なうことができる。先ず、第２図（Ａ）に示すように
片面に電極ペースト２５を塗ったセラミックグリーンシ
ート２６を多数枚積み重ね、プレスして後、図（Ｂ）に
示すように必要な厚みにカットする。次いで、このカン
トした積層体２７を焼成する。焼成後各電極を第１図に
示したように１つおきにまとめて接続し、高電界を印加
して分極処理する。かくして圧電体２を得、これをシム
１上に貼着する。

第３図は本発明の他の実施例を示す図である。

この実施例の圧電アクチュエータは、１枚の圧電セラミ
ック板から成る圧電体３を、電極３ａ、３ｂ、３ｃ、３
ｄを介して３枚貼着した他は、前述の実施例と同じ構成
を有している。各圧電体３の分極方向は、隣合う圧電体
３の分極方向が互いに逆方向になり、且つ圧電セラミッ
ク片２１の分極方向と垂直になるように揃えられている
。各圧電体間に形成された電極のうち、電極３ａ、３ｃ
は端子ｔ１に接続され、電極３ｂと３ｄは端子ｔ２に接
続されている。

従って、上述の実施例と同様にして、前記端子ｔ１とｔ
２間に直流電圧を印加すると、圧電セラミック片２１・
・・には分極方向と同方向の電界が印加され、圧電体３
にはその逆方向の電界が印加される。この構成によれば
、逆方向の電界が印加される圧電体３が３Ｎ構造となっ
ているので、上述の実施例に比べて屈曲パワーがアンプ
する・また・片側駆動を行う場合も、圧電体２を駆動す
る場合は勿論、圧電体３に正方向電界を印加して駆動す
る場合にも、従来のものに比べて３倍の変位量を得るこ
とができる。

尚、貼着される圧電体３の枚数については、図示例のも
のに限定されるものではない。

又、印加する電圧の極性も図示の極性に限らず、逆極性
であってもかまわない。

発凱Ω分来以上説明したように本発明はシムの片側に厚み振動モー
ドの圧電セラミック片多数を分極方向を所定の方向に向
けて接合して成る圧電板を貼着し、他方側に厚み方向に
分極された面積振動モードの圧電セラミック板を貼着し
た構成であるので、木質的に大変位量のアクチュエータ
を得ることができ、圧電アクチュエータの利用用途を拡
大したり、社会的ニーズにこたえたり、その貢献すると
ころ極めて大である。

４、

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例としての圧電アクチュエータ
を示す斜視図、第２図は本発明に用いる圧電板の作製方
法を説明する図、第３図は本発明の他の一実施例を示す
圧電アクチュエータ斜視図、第４図は従来の圧電アクチ
ュエータを示す図である。１・・・シム、２，３・・・圧電板、２１・・・圧電セ
ラミック片、２２ａ、２２ｂ、−，２２ｊ、３ａ、−・
・３ｄ・・・電極

Claims

【特許請求の範囲】

（１）シムの両面に圧電板が貼着された圧電アクチュエ
ータにおいて、一方の圧電板は厚み方向に分極された一枚の圧電セラミ
ック体から成り、他方の圧電体は複数の圧電セラミック片を電極を介して
並列に接続した構成であり、かつその分極方向が隣合う
圧電セラミック片の分極方向を互いに逆方向に向けた状
態で全て接合方向に揃えてあることを特徴とする圧電ア
クチュエータ。
（２）シムの両面に圧電板が貼着された圧電アクチュエ
ータにおいて、一方の圧電板は厚み方向に分極された複数の圧電セラミ
ック体を、分極方向が交互に逆向きとなる状態で電極を
はさんで積層されており、他方の圧電体は複数の圧電セラミック片を電極を介して
並列に接続した構成であり、かつその分極方向が隣合う
圧電セラミック片の分極方向を互いに逆方向に向けた状
態で全て接合方向に揃えてあることを特徴とする圧電ア
クチュエータ。