JPH0430481A - 圧電アクチュエータの駆動方法 - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は圧電効果を利用したアクチュエータの駆動方法
に関するものである。

［従来の技術］ 一般的な積層型圧電アクチュエータの構造は第３図に示
すように、厚み方向に分極され、両主面に金属電極膜３
２を形成した圧電セラミック板３１を、互いに分極Ｐの
方向が逆向きの関係となるように積層一体止して構成さ
れている。ここで各金属電極膜３２は図示のようにリー
ド線３３を用いて電気的に並列接続されている。１対の
電極端子３４の間に電圧を印加すると、圧電アクチュエ
ータは高さ方向に伸縮変位を生じる。

このアクチュエータを利用する場合、通常アクチュエー
タの高さ方向の一端は基板に接着固定され、もう一方の
端面に負荷か接着固定される。そしてアクチュエータに
電圧を印加して負荷の運動を制御する。

［発明か解決しようとする課題１ 機械的な拘束のない自由状態で上記の積層型圧電アクチ
ュエータに直流電圧を印加すると、電圧の極性が分極Ｐ
と逆方向の場合には、アクチュエータは第４図に点線で
模式的に示すように縦方向（高さ方向〉に伸長し、横方
向に収縮する。印加電圧の極性を反転すると、アクチュ
エータは縦方向に収縮し、横方向に伸長する。

従って、アクチュエータの一端を基板に固定し、他端に
負荷を接合した状態でアクチュエータに電圧を印加する
と、横方向にも伸縮変形するため、アクチュエータと基
板およびアクチュエータと負荷との接合部に応力が発生
する。このため、苛酷な駆動条件下では接合部が機械的
に破壊されてしまう。また、接合部の機械的強度を増し
て破壊を防止すると、今度はアクチュエータ自身がその
接合界面付近で機械的に破壊することになる。

本発明はこのような従来の事情に鑑みてなされたもので
、苛酷な駆動条件下でも機械的に破壊することなく使用
できる圧電アクチュエータの駆動方法を提供することを
目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、積層型圧電アクチュエータの両端口に負荷お
よび基板を配置し、該圧電アクチュエータに電圧を印加
して負荷の運動を制御することよりなる圧電アクチュエ
ータの駆動方法において、圧電アクチュエータと負荷と
の間および圧電アクチュエータと基板との間に、縦弾性
率が該圧電アクチュエータと同等以上で、横弾性率が該
圧電アクチュエータより小さいスペーサを挿入したこと
を特徴とする圧電アクチュエータの駆動方法である。

［作用］ 本発明の駆動方法によれば、圧電アクチュエータに電圧
を印加した場合、アクチュエータの横方向伸縮変位によ
って生じる応力は横方向弾性率の小さいスペーサによっ
て緩和される。その結果、苛酷な駆動条件下においても
アクチュエータと基板および負荷との接合部、あるいは
アクチュエータ自体の機械的破壊が防止される。

［実施例］ 以下、本発明の実施例について詳細に説明する。

第１図は本発明の方法に用いられるスペーサの一例の構
造を示したもので、断面が１．８ｘ　１．８ｍｍ　、厚
さか１ｍｍのアルミナセラミック板１かゴム系接着剤２
を用いて図示のように接合され、板状スペーサを構成し
ている。ここで接着剤の厚みは約０．２５　ｍｍである
。このスペーサの横方向弾性率はゴム系接着剤でほぼ決
定され、アクチュエータの弾性率より数桁小さくなって
いる。一方、縦弾性率はアルミナセラミック板の弾性率
とほぼ一致しており、アクチュエータの弾性率の同等以
上の大きざとなっている。

第２図は、上記のスペーサを用いた圧電アクチュエータ
の駆動方法の一例を示す説明図である。

積層型圧電アクチュエータ２１と基板２３および負荷２
４との間に上記スペーサ２２を挿入し、エポキシ系接着
剤で接合している。本実施例に使用した圧電アクチュエ
ータの寸法は断面１０　Ｘ　１０　ｍｍ、高さ２０　ｍ
ｍで、自由状態で１００Ｖの電圧を印加すると、高さ方
向に約１２卯の伸び変位と横方向に約２卯の縮み変位を
発生する。負荷としては、断面が１５　ｘ　１５　ｍｍ
、厚さが１０　ｍｍの黄銅ブロックを用いた。

上記の状態でアクチュエータの電極端子間に電圧１００
Ｖ、周波数１５０Ｈｚのパルス電圧を１０００時間印カ
ロして接合部の変化を観察したが、機械的な劣化は認め
られなかった。

これに対してスペーサを用いずにアクチュエータと負荷
および基板とを直接接着した場合には、３０時間程度で
接合部が機械的に破壊した。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の駆動方法によれば、長時
間駆動してもアクチュエータと基板および負荷との接合
部、およびアクチュエータ自身か機械的に破壊すること
がない。また、スペーサの縦弾性率をアクチュエータと
同程度以上に設定すればアクチュエータの変位発生力は
低下しない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法に用いられるスペーサの一例の斜
視図、第２図は本発明の方法の一例を示す説明図、第３
図は一般的な積層型圧電アクチュエータの構成図、第４
図は積層型圧電アクチュエータに電圧を印加した時の変
形状態を模式的に示す説明図である。 １・・・アルミナセラミック板 ２・・・ゴム系接着剤 ２１・・・積層型圧電アクチュエータ ２２・・・スペーサ　　　　２３・・・基板２４・・・
負荷　　　　　　３１・・・圧電セラミック板３２・・
・金属電極膜　　　３３・・・リード線３４・・・電極
端子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）積層型圧電アクチユエータの両端面に負荷および
   基板を配置し、該圧電アクチユエータに電圧を印加して
   負荷の運動を制御することよりなる圧電アクチユエータ
   の駆動方法において、圧電アクチユエータと負荷との間
   および圧電アクチユエータと基板との間に、縦弾性率が
   該圧電アクチユエータと同等以上で、横弾性率が該圧電
   アクチユエータより小さいスペーサを挿入したことを特
   徴とする圧電アクチユエータの駆動方法。