JPH0964431A - バイモルフ型アクチュエータ - Google Patents
バイモルフ型アクチュエータInfo
- Publication number
- JPH0964431A JPH0964431A JP7218601A JP21860195A JPH0964431A JP H0964431 A JPH0964431 A JP H0964431A JP 7218601 A JP7218601 A JP 7218601A JP 21860195 A JP21860195 A JP 21860195A JP H0964431 A JPH0964431 A JP H0964431A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- bimorph
- bimorph element
- displacement
- type actuator
- 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.)
- Pending
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- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 荷重下においても変位量の大きなバイモルフ
型アクチュエータを提供する。 【解決手段】 長さの異なる複数のバイモルフ素子の積
層構造からなるバイモルフ型アクチュエータにおいて、
短いバイモルフ素子の先端が長いバイモルフ素子の屈曲
点近傍に位置するよう各バイモルフ素子が配置されてい
ることを特徴とする。
型アクチュエータを提供する。 【解決手段】 長さの異なる複数のバイモルフ素子の積
層構造からなるバイモルフ型アクチュエータにおいて、
短いバイモルフ素子の先端が長いバイモルフ素子の屈曲
点近傍に位置するよう各バイモルフ素子が配置されてい
ることを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、バイモルフ型アク
チュエータに関する。
チュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、圧電材料に電界を加えるとその
長さが変化する。この変位を拡大する手段としてバイモ
ルフ素子が広く利用されている。このバイモルフ素子と
は、図６に示すように、金属弾性板を中心電極３として
２枚の圧電素子４、５の薄板を接合したものであり、電
界を印加したとき一方の圧電素子４は伸び変位を起こ
し、もう一方の素子５は縮み変位を起こさせることによ
り、全体として屈曲変位を示すものである（例えば、刊
行物「圧電／電歪アクチュエータ」82〜84頁、森北出版
株式会社、1986年発行を参照されたい）。このバイモル
フ変位素子は、消費電力が少ない、高速応答性がよい、
小型・軽量である、発熱が少ない等の特徴を有してお
り、圧電ファン、ＶＴＲヘッド、圧力制御弁、プリンタ
ヘッド等に応用されている。
長さが変化する。この変位を拡大する手段としてバイモ
ルフ素子が広く利用されている。このバイモルフ素子と
は、図６に示すように、金属弾性板を中心電極３として
２枚の圧電素子４、５の薄板を接合したものであり、電
界を印加したとき一方の圧電素子４は伸び変位を起こ
し、もう一方の素子５は縮み変位を起こさせることによ
り、全体として屈曲変位を示すものである（例えば、刊
行物「圧電／電歪アクチュエータ」82〜84頁、森北出版
株式会社、1986年発行を参照されたい）。このバイモル
フ変位素子は、消費電力が少ない、高速応答性がよい、
小型・軽量である、発熱が少ない等の特徴を有してお
り、圧電ファン、ＶＴＲヘッド、圧力制御弁、プリンタ
ヘッド等に応用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記のバイモルフ型ア
クチュエータは、圧電素子の電界印加方向と垂直な方向
の伸縮を利用するものであるが、この他に圧電素子の電
界印加方向と平行な方向の伸縮を利用し、この圧電素子
を多数積層した積層型アクチュエータが知られている。
この積層型アクチュエータは発生力が大きいが１つの圧
電素子の変位量が小さいという問題がある。しかしなが
ら、積層型アクチュエータの変位量は圧電素子の積層数
に比例して大きくなるため、積層数を増すことによりこ
の変位量が小さいという問題は解決される。一方、バイ
モルフ型アクチュエータにおいては、変位量は大きいが
変位力が低いという問題がある。従って、大きな力が必
要とされる部品にはバイモルフ型アクチュエータを使用
することはできない。また、バイモルフ型アクチュエー
タに荷重を加えると変位量が大きく低下する。さらに、
このバイモルフ型アクチュエータを積層すると、縮み変
位を起こす圧電素子と伸び変位を起こすアクチュエータ
が接することになり、結果として変位量が小さくなって
しまう。
クチュエータは、圧電素子の電界印加方向と垂直な方向
の伸縮を利用するものであるが、この他に圧電素子の電
界印加方向と平行な方向の伸縮を利用し、この圧電素子
を多数積層した積層型アクチュエータが知られている。
この積層型アクチュエータは発生力が大きいが１つの圧
電素子の変位量が小さいという問題がある。しかしなが
ら、積層型アクチュエータの変位量は圧電素子の積層数
に比例して大きくなるため、積層数を増すことによりこ
の変位量が小さいという問題は解決される。一方、バイ
モルフ型アクチュエータにおいては、変位量は大きいが
変位力が低いという問題がある。従って、大きな力が必
要とされる部品にはバイモルフ型アクチュエータを使用
することはできない。また、バイモルフ型アクチュエー
タに荷重を加えると変位量が大きく低下する。さらに、
このバイモルフ型アクチュエータを積層すると、縮み変
位を起こす圧電素子と伸び変位を起こすアクチュエータ
が接することになり、結果として変位量が小さくなって
しまう。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明のバイモルフ型アクチュエータは、長さの
異なる複数のバイモルフ素子の積層構造からなり、短い
バイモルフ素子の先端が長いバイモルフ素子の屈曲点近
傍に位置するよう各バイモルフ素子が配置されている。
めに、本発明のバイモルフ型アクチュエータは、長さの
異なる複数のバイモルフ素子の積層構造からなり、短い
バイモルフ素子の先端が長いバイモルフ素子の屈曲点近
傍に位置するよう各バイモルフ素子が配置されている。
【０００５】バイモルフ型アクチュエータに荷重を加え
た場合に変位量が大きく低下するのは、加えられた荷重
がバイモルフ素子の長さ方向に渡り、モーメントによっ
て変位の方向と逆の方向に曲げ力が作用するためであ
る。本発明のバイモルフ型アクチュエータにおいては、
１つのバイモルフ素子に加えられた荷重による曲げ作用
をこのバイモルフ素子と積層した他のバイモルフ素子に
よって変位方向に押さえるため、変位と逆方向に作用す
る力を抑制し、変位量の低下を抑制する。
た場合に変位量が大きく低下するのは、加えられた荷重
がバイモルフ素子の長さ方向に渡り、モーメントによっ
て変位の方向と逆の方向に曲げ力が作用するためであ
る。本発明のバイモルフ型アクチュエータにおいては、
１つのバイモルフ素子に加えられた荷重による曲げ作用
をこのバイモルフ素子と積層した他のバイモルフ素子に
よって変位方向に押さえるため、変位と逆方向に作用す
る力を抑制し、変位量の低下を抑制する。
【０００６】また、単に同じ大きさのバイモルフ素子を
積層したのみでは、上記のように接合した一方のバイモ
ルフ素子が他方のバイモルフ素子の変位を拘束するため
変位量が向上しないが、本発明のバイモルフ型アクチュ
エータでは短いバイモルフ素子が長いバイモルフ素子の
屈曲点近傍にその先端が配置されているため、長いバイ
モルフ素子の変位する部位を拘束することなく、かつ短
いバイモルフ素子の曲げ変位により長いバイモルフ素子
の屈曲点が変位方向に曲げられるため、結果として変位
量が向上する。
積層したのみでは、上記のように接合した一方のバイモ
ルフ素子が他方のバイモルフ素子の変位を拘束するため
変位量が向上しないが、本発明のバイモルフ型アクチュ
エータでは短いバイモルフ素子が長いバイモルフ素子の
屈曲点近傍にその先端が配置されているため、長いバイ
モルフ素子の変位する部位を拘束することなく、かつ短
いバイモルフ素子の曲げ変位により長いバイモルフ素子
の屈曲点が変位方向に曲げられるため、結果として変位
量が向上する。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明のバイモルフ型アクチュエ
ータに用いられるバイモルフ素子は通常の方法によって
製造される。すなわち、２枚の圧電素子の間にシムと呼
ばれる金属板を挟んで接合することにより製造される。
バイモルフ素子の変位量を高めるために、例えばカーボ
ンファイバ等を混入することにより弾性率を高めたシム
を用いてもよい。
ータに用いられるバイモルフ素子は通常の方法によって
製造される。すなわち、２枚の圧電素子の間にシムと呼
ばれる金属板を挟んで接合することにより製造される。
バイモルフ素子の変位量を高めるために、例えばカーボ
ンファイバ等を混入することにより弾性率を高めたシム
を用いてもよい。
【０００８】圧電素子についても通常の方法によって製
造される。すなわち、原料としてＰｂＯ、ＺｒＯ2 、Ｔ
ｉＯ2 等を目的とする圧電材料を与える組成比で混合
し、仮焼成、粉砕、成形、焼成の各工程を施した後、目
的の大きさ・形状に加工し、最後に電極を焼き付ける。
シムを介してこうして製造した圧電素子をはりあわせる
ことによりバイモルフ素子が得られる。
造される。すなわち、原料としてＰｂＯ、ＺｒＯ2 、Ｔ
ｉＯ2 等を目的とする圧電材料を与える組成比で混合
し、仮焼成、粉砕、成形、焼成の各工程を施した後、目
的の大きさ・形状に加工し、最後に電極を焼き付ける。
シムを介してこうして製造した圧電素子をはりあわせる
ことによりバイモルフ素子が得られる。
【０００９】こうして製造したバイモルフ素子を複数積
層することにより本発明のバイモルフ型アクチュエータ
が得られる。この際、各バイモルフ素子の大きさを変
え、少なくとも２種以上の大きさを有するバイモルフ素
子を用い、長い方のバイモルフ素子の屈曲点近傍に短い
方のバイモルフ素子の先端が位置するように各バイモル
フ素子を配置して接合する。上述したように、積層され
るバイモルフ素子の長さが異なり、短い方のバイモルフ
素子の先端が長い方のバイモルフ素子の屈曲点近傍に配
置されることにより、長いバイモルフ素子の変位する部
位の拘束が抑制される。このように、積層されるバイモ
ルフ素子の長さを変えたのはバイモルフ素子の変位する
部位を拘束しないためであり、従って、短い方のバイモ
ルフ素子の先端は必ずしも長い方のバイモルフ素子の屈
曲点に正確に配置される必要はなく、その屈曲点の近傍
に配置されればこの目的を達成する。
層することにより本発明のバイモルフ型アクチュエータ
が得られる。この際、各バイモルフ素子の大きさを変
え、少なくとも２種以上の大きさを有するバイモルフ素
子を用い、長い方のバイモルフ素子の屈曲点近傍に短い
方のバイモルフ素子の先端が位置するように各バイモル
フ素子を配置して接合する。上述したように、積層され
るバイモルフ素子の長さが異なり、短い方のバイモルフ
素子の先端が長い方のバイモルフ素子の屈曲点近傍に配
置されることにより、長いバイモルフ素子の変位する部
位の拘束が抑制される。このように、積層されるバイモ
ルフ素子の長さを変えたのはバイモルフ素子の変位する
部位を拘束しないためであり、従って、短い方のバイモ
ルフ素子の先端は必ずしも長い方のバイモルフ素子の屈
曲点に正確に配置される必要はなく、その屈曲点の近傍
に配置されればこの目的を達成する。
【００１０】バイモルフ素子の屈曲点は、通常の均一な
ものであればその中心に存在する。従って、図１に示す
ように、バイモルフ型アクチュエータを片端支持で用い
るような一般的場合には、短い方のバイモルフ素子２は
長い方のバイモルフ素子１の半分の長さのものを用いる
ことにより、短い方のバイモルフ素子の先端が長い方の
バイモルフ素子の中心、すなわち屈曲点に配置される。
また、屈曲点は、圧電素子の製造条件等によっては、そ
の中心以外の部位に設けることもでき、この場合には、
この屈曲点近傍に短い方のバイモルフ素子の先端が配置
されるように、バイモルフ素子の長さを調整すればよ
い。さらに、図２に示すように、３種以上の長さのバイ
モルフ素子を用いて同様に本発明のバイモルフ型アクチ
ュエータを製造することもできる。
ものであればその中心に存在する。従って、図１に示す
ように、バイモルフ型アクチュエータを片端支持で用い
るような一般的場合には、短い方のバイモルフ素子２は
長い方のバイモルフ素子１の半分の長さのものを用いる
ことにより、短い方のバイモルフ素子の先端が長い方の
バイモルフ素子の中心、すなわち屈曲点に配置される。
また、屈曲点は、圧電素子の製造条件等によっては、そ
の中心以外の部位に設けることもでき、この場合には、
この屈曲点近傍に短い方のバイモルフ素子の先端が配置
されるように、バイモルフ素子の長さを調整すればよ
い。さらに、図２に示すように、３種以上の長さのバイ
モルフ素子を用いて同様に本発明のバイモルフ型アクチ
ュエータを製造することもできる。
【００１１】
【実施例】原料としてＰｂＯ、ＴｉＯ2 、ＺｒＯ2 、Ｓ
ｒＣＯ3 、Ｎｂ2 Ｏを、Ｐｂ0.89Ｓｒ0.11（Ｔｉ0.44Ｚ
ｒ0.55Ｎｂ0.01）Ｏ3 を与えるような比で用い、造粒
し、金型を使用して長方形に成形し、焼成した後研削
し、圧電体を得た。この２枚の圧電体を金属板を挟ん
で、その変位状態が逆になるように接合し、バイモルフ
素子を得た。こうして長さ48mm、厚さ0.5mm のバイモル
フ素子１と長さ24mm、厚さ0.5mm のバイモルフ素子２を
製造し、図１に示すように、エポキシ樹脂系接着材を用
いて片側をそろえて接合し、電圧印加用の電線を接続し
て本発明のバイモルフ型アクチュエータを製造した。
ｒＣＯ3 、Ｎｂ2 Ｏを、Ｐｂ0.89Ｓｒ0.11（Ｔｉ0.44Ｚ
ｒ0.55Ｎｂ0.01）Ｏ3 を与えるような比で用い、造粒
し、金型を使用して長方形に成形し、焼成した後研削
し、圧電体を得た。この２枚の圧電体を金属板を挟ん
で、その変位状態が逆になるように接合し、バイモルフ
素子を得た。こうして長さ48mm、厚さ0.5mm のバイモル
フ素子１と長さ24mm、厚さ0.5mm のバイモルフ素子２を
製造し、図１に示すように、エポキシ樹脂系接着材を用
いて片側をそろえて接合し、電圧印加用の電線を接続し
て本発明のバイモルフ型アクチュエータを製造した。
【００１２】このバイモルフ型アクチュエータに電圧１
００Ｖを印加して、荷重を加えた際のその変位量を測定
した。この結果を図３に示す。また、荷重印加時におけ
るその変位保持率を測定し、その結果を図４に示す。比
較として、上記の長さ48mmのバイモルフ素子を用いて同
様に変位量を測定した。
００Ｖを印加して、荷重を加えた際のその変位量を測定
した。この結果を図３に示す。また、荷重印加時におけ
るその変位保持率を測定し、その結果を図４に示す。比
較として、上記の長さ48mmのバイモルフ素子を用いて同
様に変位量を測定した。
【００１３】図２及び３より明らかなように、本発明の
積層したバイモルフ型アクチュエータは、荷重を加えな
い状態においても、１つのバイモルフ素子よりも変位量
が大きく、かつ荷重を加えた場合においても大きな変位
量を示した。
積層したバイモルフ型アクチュエータは、荷重を加えな
い状態においても、１つのバイモルフ素子よりも変位量
が大きく、かつ荷重を加えた場合においても大きな変位
量を示した。
【００１４】また、１つのバイモルフ素子、同じ大きさ
のバイモルフ素子を２つ積層したもの、及び本願発明の
バイモルフ型アクチュエータについて、駆動周波数に対
する変位量を測定した。この結果を図５に示す。１つの
バイモルフ素子もしくは同じ大きさのバイモルフ素子を
積層したものは、駆動周波数が高くなると機械振動が追
いつかず変位量が低下してしまうが、本願発明のバイモ
ルフ型アクチュエータでは高い周波数においても変位量
の低下はみられなかった。
のバイモルフ素子を２つ積層したもの、及び本願発明の
バイモルフ型アクチュエータについて、駆動周波数に対
する変位量を測定した。この結果を図５に示す。１つの
バイモルフ素子もしくは同じ大きさのバイモルフ素子を
積層したものは、駆動周波数が高くなると機械振動が追
いつかず変位量が低下してしまうが、本願発明のバイモ
ルフ型アクチュエータでは高い周波数においても変位量
の低下はみられなかった。
【００１５】
【発明の効果】本発明のバイモルフ型アクチュエータ
は、荷重下においても大きな変位量を示し、かつ１つの
バイモルフ素子よりも変位量が向上する。さらに、高い
駆動周波数においても大きな変位を示す。
は、荷重下においても大きな変位量を示し、かつ１つの
バイモルフ素子よりも変位量が向上する。さらに、高い
駆動周波数においても大きな変位を示す。
【図１】２つのバイモルフ素子からなる本願発明のバイ
モルフ型アクチュエータの略図である。
モルフ型アクチュエータの略図である。
【図２】３つのバイモルフ素子からなる本願発明のバイ
モルフ型アクチュエータの略図である。
モルフ型アクチュエータの略図である。
【図３】荷重を加えた際の変位量の変化を示すグラフで
ある。
ある。
【図４】荷重を加えた際の変位保持率の変化を示すグラ
フである。
フである。
【図５】駆動周波数に対する変位量の変化を示すグラフ
である。
である。
【図６】バイモルフ素子の屈曲変位を示す略図である。
１…長いバイモルフ素子 ２…短いバイモルフ素子 ３…中心電極 ４…圧電素子 ５…圧電素子
Claims (1)
- 【請求項１】 長さの異なる複数のバイモルフ素子の積
層構造からなり、短いバイモルフ素子の先端が長いバイ
モルフ素子の屈曲点近傍に位置するよう各バイモルフ素
子が配置されていることを特徴とするバイモルフ型アク
チュエータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7218601A JPH0964431A (ja) | 1995-08-28 | 1995-08-28 | バイモルフ型アクチュエータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7218601A JPH0964431A (ja) | 1995-08-28 | 1995-08-28 | バイモルフ型アクチュエータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0964431A true JPH0964431A (ja) | 1997-03-07 |
Family
ID=16722520
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7218601A Pending JPH0964431A (ja) | 1995-08-28 | 1995-08-28 | バイモルフ型アクチュエータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0964431A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021200417A1 (ja) * | 2020-03-30 | 2021-10-07 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | アクチュエータ、および光学反射素子 |
-
1995
- 1995-08-28 JP JP7218601A patent/JPH0964431A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021200417A1 (ja) * | 2020-03-30 | 2021-10-07 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | アクチュエータ、および光学反射素子 |
| CN115298950A (zh) * | 2020-03-30 | 2022-11-04 | 松下知识产权经营株式会社 | 致动器以及光学反射元件 |
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