JPH0564470A - Production of graded function material and actuator fabricated thereby - Google Patents
Production of graded function material and actuator fabricated therebyInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は,傾斜機能材料の組成分布に任意に, かつ,簡単に形成することの出来る装置に関し, さらにこの装置を用いて作製したアクチュエータ に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION <Industrial Application Field> The present invention relates to a device that can be formed arbitrarily and easily in a composition distribution of a functionally gradient material, and further relates to an actuator manufactured using this device. ..
〈従来の技術〉 従来,例えば超音波モータとして動作させるた めに圧電定数の異なる2つの圧電素子を交互に円 環上に並べたものや,複雑な動きを行わせるため のアクチュエータとして,圧電定数の異なる複数 の圧電素子を交互に重ね合わせて接合することが 行なわれている。<Prior Art> Conventionally, for example, two piezoelectric elements having different piezoelectric constants are alternately arranged on a ring to operate as an ultrasonic motor, or a piezoelectric constant is used as an actuator for performing a complicated movement. Piezoelectric elements of different types are alternately superposed and joined.
〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら,その様なアクチュエータは一般 的なドクターブレード法では作製が困難である。<Problems to be solved by the invention> However, it is difficult to manufacture such an actuator by a general doctor blade method.
そのため一旦グリーンシートとして形成した異な る種類の圧電素子を側面または端面同士で接着し て作製することになるが,その接着強度には信頼 性がないという問題がある。For this reason, different types of piezoelectric elements, once formed as green sheets, will be manufactured by adhering the side surfaces or end surfaces to each other, but there is a problem in that the adhesive strength is unreliable.
本発明は,上記従来の問題点に鑑みて成された もので,異なる種類の粉末部材を接着剤を用いな いで固着することができ,複雑な組成の組み合わ せが可能な傾斜機能材料の製造方法およびその製 造方法により作製したアクチュエータを提供する ことを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the related art, and is capable of adhering powder members of different types without using an adhesive, and manufacturing a functionally gradient material capable of combining complicated compositions. An object of the present invention is to provide a method and an actuator manufactured by the manufacturing method.
〈課題を解決するための手段〉 上記従来技術の課題を解決する為の本発明の構 成は,請求項1においては,複数種の粉末部材と バインダと溶剤を混合して作製した複数種の粘性 体と,前記粘性体のそれぞれを充填した複数のデ ィスペンサーと,そのディスペンサーの下方に配 置された平面を有する支持装置と,その支持装置 の表面に対して前記ディスペンサーの吐出口を任 意の方向に任意の速さで動かすとともに前記粘性 体の吐出量を制御する制御手段を具備し,前記複 数種の粘性体を端部,側面,または積層部分で接 合する事により傾斜機能を持たせた事を特徴とす るものであり, また,請求項2においては、ディスペンサーを 複数個用意して種類の異なる前記粘性体をそれぞ れ充填するとともに吐出口に混合器を配置し,複 数種の粘性体の吐出量を連続的に変化させながら, 前記吐出口または支持装置を任意の速さで任意の 方向に動かす事により,前記支持装置の平面上に 形成される粘性体の組成を連続的に変化させる様 にした事を特徴とするものであり, また,請求項3においては熱膨脹係数の異なる 前記粉末部材を用いた粘性体が板上に重ねて形成 されるとともに,前記膨脹係数の異なる粘性体の 面積が表裏でほぼ同一に形成され,かつ,前記板 の面は温度変化に起因する反りが発生しない様に 前記粘性体が配置された事を特徴とする請求項1 または2の製造方法により形成されたアクチュエ ータであり, また,請求項4においては,平行部と曲線部を 組合せてトラック状に形成され,前記平行部は圧 電定数が大のセラミックス材と圧電定数が小のセ ラミックス材が重畳されて一組を構成する矩形状 の板が横方向に接合して形成され,かつ,接合さ れた隣同士のセラミックス材は圧電定数が異なる 様に交互に配置され,これら矩形状の板の少なく とも1組を1グループとして分離帯を挟んで2グ ループ形成され,その他の部分は前記セラミック スのいずれかで形成し,前記第1,第2グループ のセラミックス材に位相がずれた正弦波を加えて 波長λの屈曲波を発生させるとともに前記トラッ クの中心線の長さをλの整数倍に形成したことを 特徴とするものである。<Means for Solving the Problems> In the structure of the present invention for solving the above-mentioned problems of the prior art, in claim 1, a plurality of kinds of powder members, a binder, and a plurality of kinds of solvents prepared by mixing a solvent are prepared. A viscous body, a plurality of dispensers filled with each of the viscous bodies, a supporting device having a flat surface arranged below the dispenser, and a discharge port of the dispenser for the surface of the supporting device. It is equipped with a control means for controlling the discharge amount of the viscous body in any direction at an arbitrary speed, and by connecting the plural kinds of viscous bodies at an end, a side surface, or a laminated portion, a tilting function is provided. Further, according to the present invention, a plurality of dispensers are provided to fill the different viscous substances of different types and a mixer is arranged at the discharge port. , Multiple The composition of the viscous body formed on the plane of the supporting device is changed by moving the discharge port or the supporting device in any direction at any speed while continuously changing the discharge amount of the viscous substance of the seed. It is characterized in that it is made to change continuously, and in claim 3, a viscous body using the powder member having different thermal expansion coefficients is formed on the plate and the expansion coefficient is increased. The areas of different viscous bodies of different types are formed to be almost the same on the front and back sides, and the viscous bodies are arranged so that the warp due to temperature change does not occur on the surface of the plate. An actuator formed by the manufacturing method according to claim 4, and in claim 4, the parallel portion and the curved portion are combined to form a track shape, and the parallel portion includes a ceramic material having a large piezoelectric constant and a piezoelectric constant. Is small The rectangular plates that form a set by laminating the Lamix materials are joined in the horizontal direction, and the adjacent ceramic materials that are joined are alternately arranged with different piezoelectric constants. At least one set of rectangular plates is formed into two groups with a separation band sandwiched between them, and the other part is formed from one of the above ceramics, and is formed on the ceramic material of the first and second groups. A bending wave having a wavelength λ is generated by adding a sinusoidal wave with a deviation, and the length of the center line of the track is formed to be an integral multiple of λ.
〈作用〉 異なる種類の粘性体を入れたディスペンサーを 複数個用意しておき,はじめに1種類の粘性体で 所定の範囲の面積を塗布し,次に他の種類の粘性 体を入れたディスペンサーと交換して所定の範囲 の面積を塗布する。粘性体は粘性を有しているの でその端部および側面は異なる種類の粘性体が互 いに混合し,傾斜組成が形成される。一度で所望 の厚さが得られない場合は重ねて塗布する事によ り厚くする事が可能であり,その積層面も傾斜組 成となる。<Action> Prepare a plurality of dispensers containing different types of viscous materials, first apply a predetermined area with one type of viscous material, and then replace with a dispenser containing another type of viscous material. Then, apply an area within a predetermined range. Since viscous bodies are viscous, different types of viscous bodies mix with each other at the edges and side surfaces, forming a graded composition. If the desired thickness cannot be obtained at one time, it is possible to increase the thickness by applying multiple layers, and the laminated surface will also have an inclined composition.
また,異なる種類の粘性体を入れたディスペン サーを複数個用意し,その吐出口に混合器を設け, 各ディスペンサーからの吐出量の割合いを連続的 に変化させながら混合物を作成することにより組 成を連続的に変化させることが出来る。 In addition, a plurality of dispensers containing different types of viscous substances are prepared, a mixer is provided at the discharge port, and the mixture is prepared by continuously changing the proportion of the discharge amount from each dispenser. The success can be changed continuously.
また,熱膨脹係数の異なる第1,第2の粘性体 を板状に重ねて形成し,それらの部材の面積を表 裏でほぼ同一に形成すれば温度変化に起因する反 りを防止できる。 Also, if the first and second viscous bodies having different thermal expansion coefficients are formed in a plate shape and the areas of these members are formed to be almost the same, warpage due to temperature change can be prevented.
また,圧電定数の異なるセラミックス材を重畳 して横方向に接続し,隣同士のセラミックス材を 圧電定数の異なるものとし,それらの少なくとも 1組を1グループとして分離帯を挟んで第1,第 2のグループを形成し,その他の部分はいずれか のセラミックスで形成する。そして,これら第1, 第2グループのセラミックス材に位相がずれが正 弦波を加え,それぞれのグループに属する少なく とも1組の圧電体を互いに逆方向に反る様に配置 しておけば,分離帯により結合されて屈曲波によ る進行波が生じる。 In addition, ceramic materials with different piezoelectric constants are overlapped and connected in the lateral direction, and adjacent ceramic materials with different piezoelectric constants are used. Group is formed, and the other part is made of any ceramic. If phase-shifted sine waves are applied to the ceramic materials of the first and second groups, and at least one pair of piezoelectric bodies belonging to each group are arranged so as to be warped in opposite directions, A traveling wave due to a bending wave is generated by being coupled by the separation band.
〈実施例〉 以下,図面に従い本発明を説明する。第1図 (a),(b)は本発明の傾斜機能材料の製造方 法の一実施例を示す構成斜視図である。図におい て1は平面部イを有する支持装置であり,図示し ない駆動機構によりX,Y,Z(またはZ,r, θ)方向に移動する。2は平面部イの上に固定さ れたプラスチック等から成るフィルムであり,そ の表面には剥離材が塗布されている。3は図示し ない支持装置により着脱自在に支持されたディス ペンサーであり,この中にはバインダと溶剤で適 度の粘性を有するセラミックス材が充填されてい る(ディスペンサーは2個用意され,異なった種 類のセラミックス材が充填されている)。このセ ラミックス材はディスペンサー3中に内臓された 押出し機構により吐出部4aの先端から押出され る。5はディスペンサーから押出される粘性体の 吐出量や吐出部4aの位置および支持装置1の位 置を制御する制御手段,7は信号伝送用ケーブル である。<Example> Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings. 1 (a) and 1 (b) are configuration perspective views showing an embodiment of a method for producing a functionally gradient material of the present invention. In the figure, reference numeral 1 is a supporting device having a plane portion a, which is moved in the X, Y, Z (or Z, r, θ) directions by a driving mechanism (not shown). Reference numeral 2 is a film made of plastic or the like fixed on the flat surface a, and a release material is applied to its surface. 3 is a dispenser that is detachably supported by a support device (not shown). It is filled with a ceramic material having an appropriate viscosity with a binder and a solvent (two dispensers are prepared, and different It is filled with various types of ceramic materials). This ceramic material is extruded from the tip of the discharge part 4a by an extruding mechanism incorporated in the dispenser 3. Reference numeral 5 is a control means for controlling the discharge amount of the viscous material extruded from the dispenser, the position of the discharge part 4a and the position of the supporting device 1, and 7 is a signal transmission cable.
上記構成において,制御手段5は支持装置の駆 動機構に信号を送り,初期設定としてフィルム2 の表面に対してディスペンサー3aの吐出口をフ ィルム上の所定の位置に移動させるとともに,適 当な高さに位置させる。 In the above structure, the control means 5 sends a signal to the driving mechanism of the supporting device to move the discharge port of the dispenser 3a to a predetermined position on the film with respect to the surface of the film 2 as an initial setting, and at the same time, it is suitable. Position at height.
次にディスペンサーにセラミックス材の吐出量 を指示する信号を発し,現在の位置を起点として 所定の速度で移動する様に支持手段1の駆動機構 に制御信号を発する。図示の例ではAの領域を塗 布後間隔Bを隔てたCの領域を塗布し、さらに間 隔Dを隔ててEの領域を塗布する。 Next, a signal for instructing the discharge amount of the ceramic material is issued to the dispenser, and a control signal is issued to the drive mechanism of the supporting means 1 so that the dispenser moves at a predetermined speed from the current position. In the illustrated example, the area A is applied, and then the area C is applied at a distance B, and the area E is applied at an interval D.
次に第1図(b)に示す様にディスペンサーを 3bに交換後,吐出部4aをBの領域の端部に位 置させて同様の条件でBの領域を塗布し,さらに Dの領域に移動して同様の塗布を行う。 Next, as shown in FIG. 1 (b), after replacing the dispenser with 3b, the discharge part 4a is positioned at the end of the area B, and the area B is applied under the same conditions. Move to perform similar coating.
ここで出願人が行った実験条件に就いて説明す る。 Here, the experimental conditions conducted by the applicant will be described.
セラミックス材としては Pb(Ni1/3Nb2/3)x (TiyZr1−y)1−xO3 の3成分系複合プロブスカイトを用い, 圧電材料としてx=0.45〜0.60 y=0.6〜0.8 のもの(以下第1のセラミックス材Mという)を 使用し, 高誘電率材質として x=0.65〜0.85 y=0.6〜0.8 のもの(以下第2のセラミックス材Nという)を 使用する。As the ceramic material, a three-component composite perovskite of Pb (Ni 1/3 Nb 2/3 ) x (TiyZr 1-y ) 1-x O 3 is used, and x = 0.45 to 0.60 y as the piezoelectric material. = 0.6 to 0.8 (hereinafter referred to as the first ceramic material M), and as the high dielectric constant material x = 0.65 to 0.85 y = 0.6 to 0.8 ( Hereinafter, the second ceramic material N) is used.
上記第1,第2のセラミックス材M,Nそれぞ れ100gに対してそれぞれ30〜50gの純水, 0.5〜1gのグリセリン,1gのEDTA・2 NH4および数滴の消泡剤を加えてボールミルに より24時間粉砕混合し,さらに6〜12gの水 溶性アクリル系バインダを加えて2時間程度粉砕 混合して粘性体を作製する。30 to 50 g of pure water, 0.5 to 1 g of glycerin, 1 g of EDTA · 2NH 4 and a few drops of a defoaming agent are added to 100 g of the first and second ceramic materials M and N, respectively. In addition, the mixture is pulverized and mixed by a ball mill for 24 hours, 6 to 12 g of a water-soluble acrylic binder is further added, and pulverized and mixed for about 2 hours to prepare a viscous body.
次に2種類の粘性体を真空脱泡を行いつつその 粘度が700〜2000Poisになるように調整す る。これらの粘性体を別々のディスペンサーに充 填し上述の操作によりフィルム上に塗布する。な お,塗布工程ではディスペンサーの6dq@d機 構の回転数を調整して押出された粘性体が内径と 同定度になる様にし,支持装置の速度を50〜1 00mm/min,フィルムと吐出部のギャップ を0.8〜1.2mmとし,パターンの重なり幅 を−0.5〜+0.5mmとした。この重なり幅 は粘性体の粘度により調整する。 Next, the two types of viscous materials are vacuum degassed and adjusted so that their viscosities are 700-2000 Pois. These viscous materials are filled in separate dispensers and coated on the film by the above-mentioned operation. In the coating process, the rotation speed of the 6dq @ d mechanism of the dispenser was adjusted so that the extruded viscous body had the inner diameter and the degree of identification, the speed of the supporting device was 50 to 100 mm / min, and the film and discharge The gap between the parts was 0.8 to 1.2 mm, and the overlapping width of the patterns was -0.5 to +0.5 mm. This overlapping width is adjusted by the viscosity of the viscous material.
第2図(a)〜(d)はフィルム上にセラミッ クス粘性体が吐出された場合の拡がり具合を示す もので塗布直後(a図参照)は離れているが次第 に広がって(b,c図参照),最後には一体化す る状態(d図参照)を示している。なお,図示の 側では第1のセラミックス材Mを塗布後第2のセ ラミックス材Nを塗布するまでに多少時間がかか るのではじめに塗布したところが乾燥する恐れが あるが,2種類の材質が融合する程度に粘性を低 くしておけばよい。また,2種類のセラミックス 材の端部は互いに重なる様にしてもよい。 Figures 2 (a) to 2 (d) show how the ceramic viscous material spreads on the film. It spreads apart immediately after application (see Figure a), but gradually spreads (b, c). (See the figure), and finally the integrated state (see Figure d). On the side shown in the figure, it may take some time before the second ceramic material M is applied after the first ceramic material M is applied, so there is a risk that the first applied material may dry, but there are two types of materials. Viscosity should be low enough to fuse with each other. Further, the ends of the two types of ceramic materials may overlap each other.
第3図は請求項2の実施例を示す構成斜視図で ある。図において第1図と同一要素には同一番号 を付してある。第1図との違いはディスペンサー を2種類設け,それらの吐出口に混合器10を取 付けたものである。この様な構成において,はじ め第一のセラミックス材Mのみを流しておいてA 領域を塗布し,その後B領域に移った時点で第2 のセラミックス材Nを塗布する事が可能であり, 2種類の粘性体の吐出量を連続的に変化させる事 により連続的に組成が変化した傾斜組成とするこ とが出来る。 FIG. 3 is a structural perspective view showing an embodiment of claim 2. In the figure, the same elements as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals. The difference from FIG. 1 is that two types of dispensers are provided and a mixer 10 is attached to the discharge port of each. In such a structure, it is possible to flow only the first ceramic material M and apply the area A, and then to the area B, and then apply the second ceramic material N. By continuously changing the discharge amount of various types of viscous materials, it is possible to obtain a gradient composition in which the composition changes continuously.
請求項1および2で作製し乾燥させたセラミッ クス材はフィルムから剥離し所定の形状に加工し て電極を形成し,所定の熱処理工程を経て焼成す る。この焼成により拡散が起こり,各セラミック ス材の接合部はさらに100μm程度互いに相手 側に入り込んで傾斜組成となる。 The ceramic material produced and dried in claims 1 and 2 is peeled from the film, processed into a predetermined shape to form an electrode, and fired through a predetermined heat treatment step. Diffusion occurs due to this firing, and the joints of each ceramics material further enter each other by about 100 μm to form a gradient composition.
第4図は請求項3の実施例を示すもので異種の 長方形のセラミックス材を交互に,かつ,重ねて 形成しその表面に電極を形成したアクチュエータ の一実施例を示すものである。図において,Mは 第1のセラミックス材,Nは第2のセラミックス 材であり,これらM,Nのセラミックス材は厚さ が等しく,かつ,その両面のM,Nの面積はそれ ぞれほぼ同様に形成されている(図では電極21 と23が形成されたセラミックス材の面積と電極 22が形成されたセラミックス材の面積が等しく 形成されている。従って,M,Nの膨脹係数の違 いに基づく力はバランスするので温度による反り は生じない)。また,その接合面は傾斜組成とな っているので応力緩和がはかられ,ひびや割れが 生じることもない。そして,一方の面には電極2 4が全面に形成され,他方の面には各セラミック ス材毎に独立して電極21,22,23が形成さ れている。 FIG. 4 shows an embodiment of claim 3 and shows an embodiment of an actuator in which different kinds of rectangular ceramic materials are alternately and overlapped and electrodes are formed on the surfaces thereof. In the figure, M is the first ceramic material and N is the second ceramic material. The ceramic materials of M and N have the same thickness, and the areas of M and N on both sides are almost the same. (In the figure, the area of the ceramic material on which the electrodes 21 and 23 are formed is equal to the area of the ceramic material on which the electrode 22 is formed. Therefore, the expansion coefficients of M and N are different. Because the force based on it is balanced, it does not warp due to temperature). In addition, since the joint surface has a graded composition, stress relaxation is ensured and cracks and cracks do not occur. The electrodes 24 are formed on the entire surface on one surface, and the electrodes 21, 22, 23 are formed on the other surface independently for each ceramic material.
第5図は第4図に示すアクチュエータの矢印Y 方向からみた側面図と駆動回路の一例を示すもの で,上面のNのセラミックス材に形成された電極 21,23には+Vの電源が,Mのセラミックス 材に形成された電極22には−Vの電源が接続さ れ,下面の電極24には電圧調整アンプ30の出 力が接続されている。 Fig. 5 shows a side view of the actuator shown in Fig. 4 as seen from the direction of the arrow Y and an example of a drive circuit. The + V power supply is applied to the electrodes 21 and 23 formed on the N ceramic material on the upper surface, A -V power source is connected to the electrode 22 formed on the ceramic material, and the output of the voltage adjusting amplifier 30 is connected to the electrode 24 on the lower surface.
第5図において,アンプ30の出力が0の場合 はその電圧による変位はバランスするので反りは 生じない。次にアンプの出力を+または−に変化 させるとそのバランスがくずれアクチュエータに は上向き,または下向きに反りが生ずる。 In FIG. 5, when the output of the amplifier 30 is 0, the displacement due to the voltage is balanced and no warpage occurs. Next, when the output of the amplifier is changed to + or –, the balance is lost and the actuator is warped either upward or downward.
第6図はセラミックス材を縦方向に交互に接続 するとともに交互に積層した状態を示すもので, このような比較的複雑な形状のものも製作可能で ある。そして,このような素子の任意の箇所に電 極を形成して電圧を印加する事により複雑な動作 を行うアクチュエータを実現する事が可能である。 Fig. 6 shows a state in which ceramic materials are alternately connected in the vertical direction and are alternately laminated, and such relatively complicated shapes can be manufactured. Then, it is possible to realize an actuator that performs a complicated operation by forming an electrode at any location of such an element and applying a voltage.
第7図は請求項4のアクチュエータの一実施例 を示す斜視図(a),各層の配置状態を示す平面 図(b)及び屈曲波による進行波の発生状態を示 す図である。これらの図において,Aは圧電定数 が大のセラミックス材,Bは圧電定数が小のセ ラミックス部材であり,この形状は上記請求項1 または2の装置により作製する。 FIG. 7 is a perspective view (a) showing an embodiment of the actuator of claim 4, a plan view (b) showing an arrangement state of each layer, and a view showing a generation state of a traveling wave due to a bending wave. In these figures, A is a ceramic material having a large piezoelectric constant, and B is a ceramic member having a small piezoelectric constant, and this shape is produced by the apparatus according to claim 1 or 2.
ここで,圧電定数の異なるセラミックス材につ いて簡単に説明する。これらA,Bのセラミック ス材は例えばPb(Nb2/3Ni1/3)O3−P bTiO3−PbZrO3系セラミックスの混合 比を調整することにより得ることが出来る。第8 図は上記セラミックス材の相図を示すもので,三 角形の各頂点に記された材料が各素材の100% である。図において各符号は次のような領域とな っている。Here, we briefly explain about ceramic materials with different piezoelectric constants. These A, ceramics material B can be obtained by adjusting the mixing ratio of, for example, Pb (Nb 2/3 Ni 1/3) O 3 -P bTiO 3 -PbZrO 3 based ceramics. FIG. 8 shows a phase diagram of the above ceramic material, and the material marked on each vertex of the triangle is 100% of each material. In the figure, each code has the following areas.
A:反強誘電相 Fpc:強誘電相(擬立方晶) FR:強誘電相(菱面体晶系) FT:強誘電相(正方晶系) P:常誘電相 MPB:相境界 第8図において,点線で囲ったBで示す領域は 圧電定数の大きいことが知られており,一般には この領域から遠ざかるほど圧電定数は小となる。A: Antiferroelectric phase Fpc: Ferroelectric phase (pseudo cubic) F R : Ferroelectric phase (rhombohedral system) F T : Ferroelectric phase (tetragonal system) P: Paraelectric phase MPB: Phase boundary No. 8 In the figure, it is known that the area surrounded by the dotted line and indicated by B has a large piezoelectric constant, and generally, the piezoelectric constant becomes smaller as the distance from this area increases.
第7図に戻り本実施例のアクチュエータの原理 について説明する。 Returning to FIG. 7, the principle of the actuator of this embodiment will be described.
第7図(a),(b)において,Aは圧電定数 が大のセラミックス材,Bは圧電定数が小のセラ ミックス材であり,A,Bを一組とするセラミッ クス材が積層され,一辺lが6mm,厚さ0.3 mm程度の矩形状とされ横方向に交互に接合され ている。このうち4組で構成された周期構造の第 1,第2グループ,及び第3,第4グループ ,は,1/2lの分離帯35を境に仕切られ ている。なお,分離帯35及び周期構造の各グル ープ以外の部分はA,Bいずれか一方の部材で構 成され,分離帯35を挟むセラミックス材はA, Bが対向するように配置されている。また,トラ ックの中心線Lの長さは2l(λ)の整数倍の長 さに形成され,両端の円弧部の半径は4l(2λ) 以上に形成される。36は第1〜第4グループの 圧電部材の一方の面に形成された電極であり,こ の圧電部材の裏面には図では省略するが共通電極 が形成されている。 In FIGS. 7 (a) and 7 (b), A is a ceramic material having a large piezoelectric constant, and B is a ceramic material having a small piezoelectric constant. A ceramic material having a set of A and B is laminated, The side 1 has a rectangular shape with a side length of 6 mm and a thickness of about 0.3 mm, and is alternately joined in the lateral direction. Of these, the first, second, third, and fourth groups, each of which is composed of four pairs, are separated by a separation band 35 of 1/2 l. The part of the periodic structure other than the separator 35 and each group of the periodic structure is made of either one of A and B, and the ceramic materials sandwiching the separator 35 are arranged so that A and B face each other. .. The length of the center line L of the track is an integral multiple of 2l (λ), and the radii of the arc portions at both ends are 4l (2λ) or more. Reference numeral 36 denotes an electrode formed on one surface of each of the piezoelectric members of the first to fourth groups, and a common electrode is formed on the back surface of the piezoelectric member, although not shown in the drawing.
上記構成において, 第1,第3のグループの電極,に V1=V0sin(ωT), 第2,第4のグループの電極,に V2=V0cos(ωT) の90°位相の異なる交流電圧を与えると,この アクチュエータはそれぞれのグループの隣接する 4組の圧電体が互いに逆方向に反り,第7図(c) に示すような波長λの屈曲波の進行波が発生する。In the above configuration, the electrodes of the first and third groups have V 1 = V 0 sin (ωT), and the electrodes of the second and fourth groups have V 2 = V 0 cos (ωT) of 90 ° phase. When a different AC voltage is applied, this actuator causes four adjacent piezoelectric bodies in each group to warp in opposite directions, and a bending wave traveling wave of wavelength λ as shown in Fig. 7 (c) is generated.
なお,第1図に示す実施例ではディスペンサー を1つのみ示したが,ディスペンサーを2個装着 し第1のディスペンサーでAの領域の塗布が終了 した後,第2のディスペンサーの吐出口をBの領 域の端部に位置するように制御しBの領域を塗布 後再び第1のディスペンサーの吐出口をCの領域 の端部に位置する様に制御すれば,先に塗布した 部分があまり乾燥しない内に第2のセラミックス 材を塗布する事が出来る。 Although only one dispenser is shown in the embodiment shown in FIG. 1, two dispensers are attached, and after the application of the area A is completed by the first dispenser, the discharge port of the second dispenser is changed to B. If it is controlled so that it is located at the end of the area, the area B is applied, and then the discharge port of the first dispenser is controlled so that it is located at the end of the area C, the area that has been applied earlier becomes too dry. It is possible to apply the second ceramics material without doing so.
また,本実施例においては2つの粘性体をセラ ミックスとして説明したが実施例の材料に限るも のではなく例えば金属やプラスチックであっても よい。さらにプラスチックの場合は焼結だけに限 らず重合反応などで固化してもよい。 Further, in the present embodiment, the two viscous bodies are described as ceramics, but the material is not limited to the material of the embodiment, and may be metal or plastic. Further, in the case of plastic, it may be solidified not only by sintering but also by a polymerization reaction or the like.
また,本実施例においては支持装置側をX,Y, Z方向に動かして塗布する図を示したが,支持装 置側を固定し,ディスペンサーを支持した側を動 かす様にしても良い。その場合ディスペンサーは 例えばロボットの腕のようなものに固定すれば良 い。 Further, in the present embodiment, the drawing is shown in which the support device side is moved in the X, Y and Z directions to apply, but the support device side may be fixed and the side supporting the dispenser may be moved. In that case, the dispenser may be fixed to something like the arm of a robot.
また,本実施例の第7図においては第1〜第4 グループを設けグループを構成する組み合わせ圧 電体の数を4組として図示したが,屈曲波を生じ させる為の数としては第1,第2グループのみで も良く,グループを構成する圧電体の体の数は少 なくとも1個以上あればよく,実施例に限るもの ではない。 Further, in FIG. 7 of the present embodiment, the number of combined piezoelectric bodies forming the groups 1 to 4 is shown as four, but the numbers for generating the bending wave are first and second. The second group alone is sufficient, and the number of piezoelectric bodies constituting the group may be at least one and is not limited to the embodiment.
〈発明の効果〉 以上実施例とともに具体的に説明した様に本発 によれば,ディスペンサーの吐出口を任意の方向 に任意の速さで動かすとともに前記粘性体の吐出 量を制御する制御手段を具備することにより,複 数種の粘性体を端部,側面,または積層部分で接 合する様にしたり,複数のディスペンサーの吐出 口に混合器を設け,その混合器に吐出する複数種 の粘性体の吐出量を連続的に変化させる様にする ことにより複雑な組成分布の傾斜機能材料を自由 に作製する事が出来る。また,熱膨脹係数の異な る粘性体を板状に重ねて形成し,それらの部材の 面積を表裏でほぼ同一に形成すれば温度変化に起 因する反りを防止し,複雑な動作の可能なアクチ ュエータを形成する事が出来る。<Effects of the Invention> According to the present invention as specifically described in connection with the above embodiments, the control means for controlling the discharge amount of the viscous body while moving the discharge port of the dispenser in any direction at any speed. By providing multiple types of viscous materials at the ends, side surfaces, or laminated parts, a mixer is provided at the discharge port of multiple dispensers, and multiple types of viscosity to be discharged to the mixer are provided. By making the discharge rate of the body continuously change, it is possible to freely produce a functionally gradient material having a complicated composition distribution. If viscous bodies with different thermal expansion coefficients are stacked in a plate shape and the surface areas of these members are made almost the same, warpage caused by temperature changes can be prevented and complex actuation is possible. Can form a player.
さらに,圧電定数の異なるセラミックスを重畳 して横方向に接続し,隣同士のセラミックス材を 圧電定数の異なるものとし,それらの少なくとも 1組を1グループとして分離帯を挟んで第1,第 2のグループを形成し,これら第1,第2グルー プのセラミックス材に位相がずれた正弦波を加え ることによりトラックに進行波が発生する。この 運動は,表面の一点に注目すると楕円運動になる。 In addition, ceramics with different piezoelectric constants are overlapped and connected in the lateral direction, and adjacent ceramics materials with different piezoelectric constants are used. A traveling wave is generated in a track by forming a group and applying sinusoidal waves with a phase shift to the ceramic materials of the first and second groups. This movement becomes an elliptical movement when one point on the surface is focused.
従って,このトラック上に液体を満たした配管を 接触させれば,進行波の運動の反作用により進行 波の進行方向とは逆方向に液体が移動するので流 体搬送装置を構成することができる。Therefore, if a pipe filled with liquid is brought into contact with this track, the liquid will move in the direction opposite to the direction of travel of the traveling wave due to the reaction of the motion of the traveling wave, and thus a fluid carrier can be constructed.
第1図は本発明の請求項1の一実施例を示す構 成斜視図,第2図はフィルム上にセラミックス粘 性体を塗布した場合の拡がり具合を示す図,第3 図は請求項2の一実施例を示す図,第4図,第5 図は請求項3の一実施例を示す図,第6図は請求 項3の他の実施例を示す断面図,第7図は請求項 4の一実施例を示す斜視図(a),各層の配置状 態を示す平面図(b),及び屈曲波よる進行波の 発生状態を示す図(c),第8図はセラミックス 材の層図を示す図である。 1…支持装置,2…フィルム,3…ディスペン サー,4a,4b…吐出部,5…制御手段,10 …混合器。A,B,M,N…セラミックス材,3 5…分離帯,36…電極。 FIG. 1 is a perspective view showing the construction of an embodiment of claim 1 of the present invention, FIG. 2 is a view showing the spread of a ceramic viscous material coated on a film, and FIG. FIG. 4, FIG. 5, and FIG. 5 are views showing one embodiment of claim 3, FIG. 6 is a cross-sectional view showing another embodiment of claim 3, and FIG. 4A is a perspective view showing one embodiment of FIG. 4, FIG. 8B is a plan view showing the arrangement state of each layer, and FIG. 8C is a diagram showing a generation state of a traveling wave due to a bending wave. It is a figure which shows a figure. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Supporting device, 2 ... Film, 3 ... Dispenser, 4a, 4b ... Discharge part, 5 ... Control means, 10 ... Mixer. A, B, M, N ... Ceramic material, 35 ... Separation band, 36 ... Electrode.
Claims (4)
合 して作製した複数種の粘性体と、前記粘性体のそ れぞれを充填した複数のディスペンサーと,その ディスペンサーの吐出口の下方に配置された平面 を有する指示装置と、前記支持装置または前記デ ィスペンサーの吐出口を任意の方向に任意の速さ で動かすとともに前記粘性体の吐出量を制御する 制御手段を具備し、前記複数種の粘性体を端部, 側面,または積層部分で接合する事と特徴とする 傾斜機能材料の製造方法。1. A plurality of types of viscous bodies prepared by mixing a plurality of types of powder members, a binder, and a solvent, a plurality of dispensers filled with the respective viscous bodies, and a discharge port below the dispensers. An indicator device having a flat surface arranged in the above, and a control means for controlling the discharge amount of the viscous body while moving the discharge port of the support device or the dispenser in any direction at any speed. A method of manufacturing a functionally graded material, which is characterized in that a plurality of types of viscous bodies are joined at the end, side surface, or laminated portion.
け られた混合器と,その混合器の吐出口を前記支持 装置上に配置し,前記制御手段により前記複数種 の粘性体の吐出量を連続的に変化させながら前記 吐出口または支持装置を任意の速さで任意の方向 に動かす事により前記支持装置の平面上に形成さ れる粘性体の組成を連続的に変化させたことを特 徴とする傾斜機能材料の製造方法。2. A mixer provided at the outlets of the plurality of dispensers, and the outlets of the mixers are arranged on the supporting device, and the control unit continuously discharges the plurality of viscous substances. The composition of the viscous body formed on the flat surface of the supporting device is continuously changed by moving the discharge port or the supporting device in an arbitrary direction at an arbitrary speed while changing the temperature. Of manufacturing a functionally graded material to be used.
た粘 性体が板状に重ねて形成されるとともに、前記膨 脹係数の異なる粘性体の面積が表裏でほぼ同一に 形成され,かつ,前記板の面は温度変化に起因す る反りが発生しない様に前記粘性体が配置された 事を特徴とする請求項1または2の製造方法によ り形成されたアクチュエータ。3. A viscous body using the powder member having different thermal expansion coefficients is formed in a plate-like shape, and the areas of the viscous bodies having different expansion coefficients are formed to be substantially the same on the front and back sides, and The actuator formed by the manufacturing method according to claim 1 or 2, wherein the viscous body is arranged so that the surface of the plate does not warp due to a temperature change.
形 成され、前記平行部は圧電定数が大のセラミック ス部材と圧電定数が小のセラミックス部材が重畳 されて一組を構成する矩形状の板が横方向に接合 して形成され,かつ,接合された隣同士のセラミ ックス部材は圧電定数が異なる様に交互に配置さ れ、これら矩形状の板の少なくとも1組を1グル ープとして分離体を挟んで2グループ形成され, その他の部分は前記セラミックスのいずれかで形 成し,前記第1,第2グループのセラミックス材 に位相がずれた正弦波を加えて波長λの屈曲波を 発生させるとともに前記トラックの中心線の長さ を前記λの整数倍に形成したことを特徴とする請 求項1または2の製造方法により形成されたアク チュエータ。4. A rectangular shape which is formed by combining a parallel portion and a curved portion into a track shape, and a ceramic member having a large piezoelectric constant and a ceramic member having a small piezoelectric constant are superposed on the parallel portion to form a set. Shaped plates are laterally joined, and adjacent ceramic members that are joined are alternately arranged so that the piezoelectric constants are different, and at least one set of these rectangular plates is grouped together. 2 groups are formed by sandwiching the separator, and the other part is formed by one of the ceramics described above, and a sinusoidal wave with a phase shift is added to the ceramic materials of the 1st and 2nd groups to bend at the wavelength λ. An actuator formed by the manufacturing method according to claim 1 or 2, wherein the length of the center line of the track is formed to be an integral multiple of λ while generating a wave.
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|---|---|---|---|
| JP1-230726 | 1989-09-06 | ||
| JP23072689 | 1989-09-06 |
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|---|---|
| JP (1) | JPH0564470A (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008015489A (en) * | 2006-06-06 | 2008-01-24 | Konica Minolta Opto Inc | Variable shape optical element, optical device and imaging apparatus |
| JPWO2009113433A1 (en) * | 2008-03-14 | 2011-07-21 | コニカミノルタエムジー株式会社 | Organic piezoelectric material, ultrasonic transducer using the same, manufacturing method thereof, ultrasonic probe, and ultrasonic medical diagnostic imaging apparatus |
| JP2011206678A (en) * | 2010-03-30 | 2011-10-20 | Yotaro Hatamura | Mixer, gradation mixture and method of manufacturing mixture |
| JP2011206677A (en) * | 2010-03-30 | 2011-10-20 | Yotaro Hatamura | Mixer, gradation mixture and method of manufacturing mixture |
| JP2014032162A (en) * | 2012-08-06 | 2014-02-20 | Shinshu Univ | Sensor using polymer gel |
-
1990
- 1990-08-31 JP JP23098990A patent/JPH0564470A/en active Pending
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