JPS61177785A - バイモルフ素子 - Google Patents
バイモルフ素子Info
- Publication number
- JPS61177785A JPS61177785A JP60018508A JP1850885A JPS61177785A JP S61177785 A JPS61177785 A JP S61177785A JP 60018508 A JP60018508 A JP 60018508A JP 1850885 A JP1850885 A JP 1850885A JP S61177785 A JPS61177785 A JP S61177785A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- plate
- electrostrictive
- bimorph element
- shim plate
- voltage
- 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.)
- Granted
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
- H10N30/204—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using bending displacement, e.g. unimorph, bimorph or multimorph cantilever or membrane benders
- H10N30/2041—Beam type
- H10N30/2042—Cantilevers, i.e. having one fixed end
Landscapes
- Piezo-Electric Transducers For Audible Bands (AREA)
- 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
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、少なくとも一対のセラミック電歪板を、中央
電極を兼ねるシム板を介して接着してなるバイモルフ素
子に関するものであり、特に、大振幅動作の圧電アクチ
ュエータに適するバイモルフ素子に関するものである。
電極を兼ねるシム板を介して接着してなるバイモルフ素
子に関するものであり、特に、大振幅動作の圧電アクチ
ュエータに適するバイモルフ素子に関するものである。
バイモルフ素子は、電圧の印加によって高速で動作し、
その消費電力も小さい。このため、駆動部にバイモルフ
素子を用いたアクチュエータは、電磁石に代わるアクチ
ュエータとして、小型、低電力化が望まれる通信端末機
器を中心に注目されている。
その消費電力も小さい。このため、駆動部にバイモルフ
素子を用いたアクチュエータは、電磁石に代わるアクチ
ュエータとして、小型、低電力化が望まれる通信端末機
器を中心に注目されている。
しかし、従来のこの種の圧電アクチュエータは、変位量
および発生力が小さいため、その適用分野は限られてい
た。バイモルフ素子を大きく且つ強い力で動作させるた
めには、分極の劣化を防止しつつ高電圧を印加できる駆
動回路と、大振幅動作に適した素子構造が必要である。
および発生力が小さいため、その適用分野は限られてい
た。バイモルフ素子を大きく且つ強い力で動作させるた
めには、分極の劣化を防止しつつ高電圧を印加できる駆
動回路と、大振幅動作に適した素子構造が必要である。
前者については、本願発明者の発明に係る特願昭５９−
４３８８１ ｒ電歪振動装置」に記載された不平衡電圧
印加極性切替回路等があり、それ以前の２〜３倍の変位
量および発生力を得ることができるようになった。
４３８８１ ｒ電歪振動装置」に記載された不平衡電圧
印加極性切替回路等があり、それ以前の２〜３倍の変位
量および発生力を得ることができるようになった。
しかし、高温下においてこのような大振幅動作を行なわ
せると、従来のバイモルフ素子では電歪板が破断すると
いう問題が新たに発生するということが明らかになった
。
せると、従来のバイモルフ素子では電歪板が破断すると
いう問題が新たに発生するということが明らかになった
。
本発明のバイモルフ素子は、上記問題点に鑑みてなされ
たものであり、シム板の熱膨張係数を１０１〜１０−’
／ ’Ｃの金属としたものである。
たものであり、シム板の熱膨張係数を１０１〜１０−’
／ ’Ｃの金属としたものである。
シム板の熱膨張係数が電歪板の熱膨張係数に近似するの
で、高温下においても熱膨張による内部応力が殆ど発生
せず、そのために、大きく変位させても電歪板が破断し
にくくなる。
で、高温下においても熱膨張による内部応力が殆ど発生
せず、そのために、大きく変位させても電歪板が破断し
にくくなる。
以下、実施例と共に本発明の詳細な説明する。
第１表は、各種材質の線膨張係数および磁性に関する特
性を示した表である。
性を示した表である。
第１表
本願発明者は、バイモルフ素子を高温下において大振幅
動作をさせると電歪板が破断するという現象の原因が、
電歪板（ＰＺＴ）とシム板の熱膨張係数の差にあると推
測した。
動作をさせると電歪板が破断するという現象の原因が、
電歪板（ＰＺＴ）とシム板の熱膨張係数の差にあると推
測した。
そこで、従来のバイモルフ素子のシム板には、そのバネ
性の良さから主として黄銅、洋白またはリン青銅等が用
いられていることから、以下に示す実験を行った。
性の良さから主として黄銅、洋白またはリン青銅等が用
いられていることから、以下に示す実験を行った。
ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）から成る電歪板２０１
と黄銅板２０２とを１００℃硬化型接着剤で接着した後
、室温に戻し、て形状の変化を観測した。
と黄銅板２０２とを１００℃硬化型接着剤で接着した後
、室温に戻し、て形状の変化を観測した。
なお、電歪板２０１および黄銅板２０２の形状（長さＸ
幅×厚さ）はそれぞれ、４５Ｘ１２Ｘ０．１５ｍｎ＋お
よび４５ Ｘ １２ Ｘ Ｏ，０５ｍｍである。
幅×厚さ）はそれぞれ、４５Ｘ１２Ｘ０．１５ｍｎ＋お
よび４５ Ｘ １２ Ｘ Ｏ，０５ｍｍである。
その結果２枚の板は、第２図の断面図に示すよ。
うに、電歪板２０１側が内側になるように大きく湾曲し
た。これを平板状に戻すためには、一端を固定した状態
で、先端にＦ＝１５ｇ程度の力を加えることが必要であ
った。２枚の板を室温で硬化させ高温に放置した場合も
同様の結果が得られた。ただし、この場合は黄銅板側が
内側になるように湾曲する。
た。これを平板状に戻すためには、一端を固定した状態
で、先端にＦ＝１５ｇ程度の力を加えることが必要であ
った。２枚の板を室温で硬化させ高温に放置した場合も
同様の結果が得られた。ただし、この場合は黄銅板側が
内側になるように湾曲する。
バイモルフ素子は、シム板を介して２枚の電歪板がサン
ドインチ状に接着されているため、室温で接着して製造
した後、高温に放置しても湾曲することはないが、上記
の実験結果からシム板と電歪板との間には、先端荷重に
して１５ｇ程度に相当する内部応力が発生していること
が判った。このため、高温下での動作は、電圧の印加に
よる歪の他にシム板の熱膨張による歪が加わることが明
らかとなった。
ドインチ状に接着されているため、室温で接着して製造
した後、高温に放置しても湾曲することはないが、上記
の実験結果からシム板と電歪板との間には、先端荷重に
して１５ｇ程度に相当する内部応力が発生していること
が判った。このため、高温下での動作は、電圧の印加に
よる歪の他にシム板の熱膨張による歪が加わることが明
らかとなった。
ＰＺＴをはじめとしてチタン酸鉛、ニオブ酸鉛、チタン
酸バリウム、ソジウムプタジウムナイトベート等、圧電
セラミックの熱膨張係数を測定すると第１表に示すよう
に、１５〜５０ｘｌＯ−’／ ℃程度である。そこで、
本願発明者はシム板としてＮｉ−Ｆｅ系またはＮｉ−Ｆ
ｅ−Ｃｏ系合金に着目した。
酸バリウム、ソジウムプタジウムナイトベート等、圧電
セラミックの熱膨張係数を測定すると第１表に示すよう
に、１５〜５０ｘｌＯ−’／ ℃程度である。そこで、
本願発明者はシム板としてＮｉ−Ｆｅ系またはＮｉ−Ｆ
ｅ−Ｃｏ系合金に着目した。
第３図は、Ｎｉ−Ｆｅ合金の組成と熱膨張係数αとの関
係を示したものである。同図から明らかなように、Ｎｉ
−Ｆｅ合金のＮｉの含有量が３０〜５５重量％になると
αが１００ Ｘｌ０−’／ ℃以下になり、電歪板に近
くなる。代表例として、ａが電歪板と同等かやや小さい
３６χＮｉ−Ｆｅおよびαが電歪板よりやや大きい４５
χＮｉ−Ｆｅを用いて、前述と同様の実験を行った。
係を示したものである。同図から明らかなように、Ｎｉ
−Ｆｅ合金のＮｉの含有量が３０〜５５重量％になると
αが１００ Ｘｌ０−’／ ℃以下になり、電歪板に近
くなる。代表例として、ａが電歪板と同等かやや小さい
３６χＮｉ−Ｆｅおよびαが電歪板よりやや大きい４５
χＮｉ−Ｆｅを用いて、前述と同様の実験を行った。
第４図は、３６χＮｉ−Ｆｅ板４０Ｈ４５Ｘ１２Ｘ０．
０５ｍｍ）と前述の実験に用いたものと同じ電歪板２０
１とを１００℃硬化型接着剤で接着して、室温に戻した
場合の断面図である。同図から判るように、黄銅を用い
た場合のような変形はない。また、４５ＸＮｉ−Ｆｅを
用いた場合にはやや湾曲するが、その程度は黄銅の場合
に比して峯かに小さいことが判った。
０５ｍｍ）と前述の実験に用いたものと同じ電歪板２０
１とを１００℃硬化型接着剤で接着して、室温に戻した
場合の断面図である。同図から判るように、黄銅を用い
た場合のような変形はない。また、４５ＸＮｉ−Ｆｅを
用いた場合にはやや湾曲するが、その程度は黄銅の場合
に比して峯かに小さいことが判った。
第１図は、大振幅゛動作をさせることができる駆動回路
に、本発明の一実施例に係るバイモルフ素子を駆動子と
して用いた圧電アクチュエータを示すブロック図である
。
に、本発明の一実施例に係るバイモルフ素子を駆動子と
して用いた圧電アクチュエータを示すブロック図である
。
バイモルフ素子１は、３６χＮｉ−Ｒｅから成るシム板
１１を、ＰＺＴから成る電歪板１２．１３で挟んだもの
であり、分極方向は矢印Ａ、Ｂで示すように同方向とな
っている。なお、シム板１１は中央電極も兼ねている。
１１を、ＰＺＴから成る電歪板１２．１３で挟んだもの
であり、分極方向は矢印Ａ、Ｂで示すように同方向とな
っている。なお、シム板１１は中央電極も兼ねている。
第５図は、このバイモルフ素子１の構成を更に詳しく示
した斜視図である。電歪板１２．１３の両面には、それ
ぞれＡｕ、Ａｇ、Ｎｉなどからなる電極５０１〜５０４
が焼付により形成されている。シム板１１例の電極５０
２および５０３は、固定部５０５側の端部には施されて
いない。リード線５０７〜５０９は、それぞれ固定部５
０５側において電極５０１．シム板１１゜電極５０４に
接続されている。電歪板１２．１３は分極シタ後、シム
板１１に接着されている。
した斜視図である。電歪板１２．１３の両面には、それ
ぞれＡｕ、Ａｇ、Ｎｉなどからなる電極５０１〜５０４
が焼付により形成されている。シム板１１例の電極５０
２および５０３は、固定部５０５側の端部には施されて
いない。リード線５０７〜５０９は、それぞれ固定部５
０５側において電極５０１．シム板１１゜電極５０４に
接続されている。電歪板１２．１３は分極シタ後、シム
板１１に接着されている。
第１図において、駆動回路は、不平衡電圧印加駆動入力
回路２．極性切替回路３．定電流回路４．定電圧回路５
．極性切替用の制御回路６および論理電圧電源７から構
成されている。
回路２．極性切替回路３．定電流回路４．定電圧回路５
．極性切替用の制御回路６および論理電圧電源７から構
成されている。
駆動入力回路２は、ツェナーダイオード２１．２２から
なり、バイモルフ素子１の一方の電歪板に分極方向と同
方向の定電圧Ｖｃを印加し、他方の電歪板には、分極方
向と逆方向の電圧であって定電圧Ｖｃからツェナーダイ
オード２１もしくは２２の動作電圧を減じた電圧を印加
する。
なり、バイモルフ素子１の一方の電歪板に分極方向と同
方向の定電圧Ｖｃを印加し、他方の電歪板には、分極方
向と逆方向の電圧であって定電圧Ｖｃからツェナーダイ
オード２１もしくは２２の動作電圧を減じた電圧を印加
する。
極性切替回路３は、ダーリントン接続されたトランジス
タ回路３１〜３４をブリッジ形に接続したものであり、
制御回路６の出力信号に応じて、出力電圧の極性切替を
行なう。
タ回路３１〜３４をブリッジ形に接続したものであり、
制御回路６の出力信号に応じて、出力電圧の極性切替を
行なう。
定電流回路４は、ＣＲＤ４１から成っている。
定電圧回路５は、ｐｎｐ ）ランジスタを用いたＲＣ
Ｃ方式昇圧定電圧回路であり、その内部構成は省略する
が、論理電圧電源７の電源電圧Ｅｃ （５Ｖ程度）を昇
圧して、定電圧Ｖｃを出力する。定電圧Ｖｃは、電源電
圧Ｅｃに、内部のツェナーダイオードＺＤ。
Ｃ方式昇圧定電圧回路であり、その内部構成は省略する
が、論理電圧電源７の電源電圧Ｅｃ （５Ｖ程度）を昇
圧して、定電圧Ｖｃを出力する。定電圧Ｖｃは、電源電
圧Ｅｃに、内部のツェナーダイオードＺＤ。
の動作電圧Ｖ２．．を加算した値、すなわち（Ｅｃ＋Ｖ
ｚｏｏ ）となる。
ｚｏｏ ）となる。
制御回路６は、スイッチ６１の切替により、極性切替回
路３のダーリントントランジスタ回路３１〜３４のオン
・オフ制御行なうものであり、スイ、チロ１が図の状態
にある時はトランジスタ回路３１および３２を遮断し、
トランジスタ回路３３および３４を導通ずる。スイッチ
６１が反対に倒されると、逆に、トランジスタ回路３３
および３４を遮断し、トランジスタ回路３１および３２
が導通する。
路３のダーリントントランジスタ回路３１〜３４のオン
・オフ制御行なうものであり、スイ、チロ１が図の状態
にある時はトランジスタ回路３１および３２を遮断し、
トランジスタ回路３３および３４を導通ずる。スイッチ
６１が反対に倒されると、逆に、トランジスタ回路３３
および３４を遮断し、トランジスタ回路３１および３２
が導通する。
つぎに、このように構成された圧電アクチュエータの動
作を簡単に説明する。
作を簡単に説明する。
いま、スイッチ６１が図に示す状態にあると、トランジ
スタ回路３１および３２が遮断され、トランジスタ回路
３３および３４が導通されるため、駆動入力回路２の端
子Ａは接地レベルに、端子Ｂは電位Ｖｃとなる。
スタ回路３１および３２が遮断され、トランジスタ回路
３３および３４が導通されるため、駆動入力回路２の端
子Ａは接地レベルに、端子Ｂは電位Ｖｃとなる。
したがって、電歪板１３には分極方向に定電圧回路５の
出力電圧Ｖｃが印加され、電歪板１２には逆分極方向に
はｖＣＶＺ！＋１が印加され、バイモルフ素子１の先端
は下方に変位する。
出力電圧Ｖｃが印加され、電歪板１２には逆分極方向に
はｖＣＶＺ！＋１が印加され、バイモルフ素子１の先端
は下方に変位する。
スイッチ６１を接地レベルにすると、トランジスタ回路
３３および３４が遮断され、トランジスタ回路３１およ
び３２が導通されるため、駆動入力回路２の端子Ｂが接
地レベルに、端子Ａが電位Ｖｃとなる。
３３および３４が遮断され、トランジスタ回路３１およ
び３２が導通されるため、駆動入力回路２の端子Ｂが接
地レベルに、端子Ａが電位Ｖｃとなる。
したがって、電歪板１２には分極方向に定電圧回路５の
出力電圧Ｖｃが印加され、電歪板１３には逆分極方向に
はＶｃ−Ｖ２゜が印加され、バイモルフ素子１の先端は
上方に変位する。
出力電圧Ｖｃが印加され、電歪板１３には逆分極方向に
はＶｃ−Ｖ２゜が印加され、バイモルフ素子１の先端は
上方に変位する。
電歪板は、逆分極方向に分極劣化電圧Ｖｄ以上を印加す
ると減極するが、この駆動回路によると、逆分極方向に
分極劣化電圧Ｖｄ以上を印加することなく、分極方向に
分極劣化電圧Ｖｄ以上の高い電圧（Ｖｃ）を印加するこ
とができるため、スイッチ６１を切り替えることにより
、バイモルフ素子１を劣化させることなく大きく振動さ
せることができる。また、この駆動回路によると、仮に
、逆分極方向の印加電圧が分極劣化電圧Ｖｄよりも大き
く、電歪板に減極を生じさせる場合でも、分極破壊を生
じさせない程度の電圧であれば、分極方向に印加する高
電圧Ｖｃによって減極が回復し、一層大きく振動させる
ことができる。
ると減極するが、この駆動回路によると、逆分極方向に
分極劣化電圧Ｖｄ以上を印加することなく、分極方向に
分極劣化電圧Ｖｄ以上の高い電圧（Ｖｃ）を印加するこ
とができるため、スイッチ６１を切り替えることにより
、バイモルフ素子１を劣化させることなく大きく振動さ
せることができる。また、この駆動回路によると、仮に
、逆分極方向の印加電圧が分極劣化電圧Ｖｄよりも大き
く、電歪板に減極を生じさせる場合でも、分極破壊を生
じさせない程度の電圧であれば、分極方向に印加する高
電圧Ｖｃによって減極が回復し、一層大きく振動させる
ことができる。
第６図は、第１図に示す駆動回路を用いて７０℃の温度
下で２Ｈｚの連続動作試験を行った際のバイモルフ素子
の変位量特性を示す図である。特性Ａ。
下で２Ｈｚの連続動作試験を行った際のバイモルフ素子
の変位量特性を示す図である。特性Ａ。
Ｂは、本発明にかかるバイモルフ素子に関するものであ
り、特性Ａはシム板に３６χＮｉ−Ｆｅを用いたもの、
特性Ｂは４５χＮｉ−Ｐｅを用いたものである。また、
特性Ｃ，Ｄは、シム板に黄銅を用いた従来のバイモルフ
素子に関するものである。
り、特性Ａはシム板に３６χＮｉ−Ｆｅを用いたもの、
特性Ｂは４５χＮｉ−Ｐｅを用いたものである。また、
特性Ｃ，Ｄは、シム板に黄銅を用いた従来のバイモルフ
素子に関するものである。
また、第２表は、バイモルフ素子の破断特性を示したも
のである。
のである。
第２表
なお、この表における評価値は、分母を実験個数とし、
分子を破断個数としたものである。
分子を破断個数としたものである。
シム板に３６χＮｉ−Ｆｅを用いたバイモルフ素子は、
破断もなく、変位量も大きく優れていることが判る。ま
た、シム板に４５χＮｉ−Ｆｅを用いた場合は、高電圧
を印加すると一部に破断が観測されたが、シム板に黄銅
を用いた従来のバイモルフ素子よりも蟲かに優れている
ことが判る。
破断もなく、変位量も大きく優れていることが判る。ま
た、シム板に４５χＮｉ−Ｆｅを用いた場合は、高電圧
を印加すると一部に破断が観測されたが、シム板に黄銅
を用いた従来のバイモルフ素子よりも蟲かに優れている
ことが判る。
その他の組成比のＮｉ−Ｆｅについても実験した結果、
圧電セラミックの電歪板には熱膨張係数αが１００ Ｘ
ｌ０−’／ ’Ｃ以下のシム板が、従来の従来のシム板
に比べて耐破断特性も点で優れていることが明らかとな
った。
圧電セラミックの電歪板には熱膨張係数αが１００ Ｘ
ｌ０−’／ ’Ｃ以下のシム板が、従来の従来のシム板
に比べて耐破断特性も点で優れていることが明らかとな
った。
このような特性はＮｉ−Ｃｏ−Ｆｅ系合金を用いても得
られる。第７図は、Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ系合金の組成比と
熱膨張係数αの関係を示した特性図である。例えば、Ａ
点は２９χＮｉ−１７χＣｏ−５４χＦｅを示す。同図
において、傾線で囲った部分がα＜１００ ｘｌｏ−’
／’ｃ以下の領域であり、Ａ点で示された合金はこの領
域に含まれている。傾線で囲った部分に含まれる合金を
シム板として用いたバイモルフ素子は、やはり、耐破断
特性の点で優れていることが判った。
られる。第７図は、Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ系合金の組成比と
熱膨張係数αの関係を示した特性図である。例えば、Ａ
点は２９χＮｉ−１７χＣｏ−５４χＦｅを示す。同図
において、傾線で囲った部分がα＜１００ ｘｌｏ−’
／’ｃ以下の領域であり、Ａ点で示された合金はこの領
域に含まれている。傾線で囲った部分に含まれる合金を
シム板として用いたバイモルフ素子は、やはり、耐破断
特性の点で優れていることが判った。
なお、シム板の熱膨張係数が電歪板のそれよりも大きい
場合には、高温において電歪板に引張力が発生し、小さ
い場合には圧縮力が発生する。破断には主に引張力が影
響するため、シム板の熱膨張係数は電歪板の熱膨張係数
と同等かやや小さいほうが適していると言え、電歪板の
熱膨張係数より小さいＩ Ｘｌ０−’／ ”Ｃ程度でも
良好な耐破断特性を得ることができる。
場合には、高温において電歪板に引張力が発生し、小さ
い場合には圧縮力が発生する。破断には主に引張力が影
響するため、シム板の熱膨張係数は電歪板の熱膨張係数
と同等かやや小さいほうが適していると言え、電歪板の
熱膨張係数より小さいＩ Ｘｌ０−’／ ”Ｃ程度でも
良好な耐破断特性を得ることができる。
本発明にかかるバイモルフ素子のシム板に用いているＮ
ｉ−Ｆｅ合金やＮｉ−Ｃｏ−Ｆｅ合金は、バネ性が小さ
いため従来シム板としては考えられなかったが、上記実
験の結果、バネ性よりも熱膨張係数を小さくして耐破断
特性を向上させることがより重要なことが明らかになり
、また、０．１ｍｍｍｍ下であって、長さ１０ｍｍ当た
り高々１ｍｍ程度しか変形させないバイモルフ素子には
、そのシム板に大きなバネ性は必要ないことが確認され
た。なお、必要とあらば、シム板に冷間加工を加えるこ
とによりバネ性の向上を図ることができる。
ｉ−Ｆｅ合金やＮｉ−Ｃｏ−Ｆｅ合金は、バネ性が小さ
いため従来シム板としては考えられなかったが、上記実
験の結果、バネ性よりも熱膨張係数を小さくして耐破断
特性を向上させることがより重要なことが明らかになり
、また、０．１ｍｍｍｍ下であって、長さ１０ｍｍ当た
り高々１ｍｍ程度しか変形させないバイモルフ素子には
、そのシム板に大きなバネ性は必要ないことが確認され
た。なお、必要とあらば、シム板に冷間加工を加えるこ
とによりバネ性の向上を図ることができる。
また、Ｎｉ−ＦｅおよびＮｉ−Ｃｏ−Ｆｅは第１表に示
すように磁性体であるため、変位到達点において強い作
用力を発生させるべく第８図（Ｂ）に示すように変位到
達点付近に磁石８０１．８０２を配置することが考えら
れる。
すように磁性体であるため、変位到達点において強い作
用力を発生させるべく第８図（Ｂ）に示すように変位到
達点付近に磁石８０１．８０２を配置することが考えら
れる。
第８図（Ａ）の実線は、同図（Ｂ）において■の状態に
あるバイモルフ素子１に反対極性の電圧を印加したとき
の変位・発生力特性であり、一点鎖線で示した磁石８０
１．８０２の吸引力と破線で示したバイモルフ素子１の
みの発生力との和で表される。
あるバイモルフ素子１に反対極性の電圧を印加したとき
の変位・発生力特性であり、一点鎖線で示した磁石８０
１．８０２の吸引力と破線で示したバイモルフ素子１の
みの発生力との和で表される。
この特性図から到達点８０３で大きな作用力を得られる
ことが判る。
ことが判る。
第９図は、本実施例にかかるバイモルフ素子１の電歪板
１２とシム板１１との接着部を示す部分拡大断面図であ
る。電極５０２とシム板１１との間には、接着剤９０３
が介在するが、接触部９０２において部分的に電極５０
２とシム板１１とが直接接していると共に、接着剤９０
３にカーボンなどの導電性粉を混入して固存抵抗をＩＱ
ＩＯΩ・国にしであるので、電極５０２とシム板１１と
は実質的に短絡状態となっている。そのため、電極５０
１とシム板１１との間に加えられた電圧は全て電歪板１
２に加わるため、シム板１１が中央電極として機能し得
るのである。
１２とシム板１１との接着部を示す部分拡大断面図であ
る。電極５０２とシム板１１との間には、接着剤９０３
が介在するが、接触部９０２において部分的に電極５０
２とシム板１１とが直接接していると共に、接着剤９０
３にカーボンなどの導電性粉を混入して固存抵抗をＩＱ
ＩＯΩ・国にしであるので、電極５０２とシム板１１と
は実質的に短絡状態となっている。そのため、電極５０
１とシム板１１との間に加えられた電圧は全て電歪板１
２に加わるため、シム板１１が中央電極として機能し得
るのである。
また、高温下で大きく変位させた状態で保持しておくと
、第１０図に示すように接着部が緩んで接触部９０２が
離れてしまうことがあるが、上述したように、接着剤９
０３にカーボンなどの導電性粉を混入しであるので、か
かる場合でも電極５０１とシム板１１との間に加えられ
た電圧は殆ど電歪板１２に加わり、変位量が低下するこ
とはない。
、第１０図に示すように接着部が緩んで接触部９０２が
離れてしまうことがあるが、上述したように、接着剤９
０３にカーボンなどの導電性粉を混入しであるので、か
かる場合でも電極５０１とシム板１１との間に加えられ
た電圧は殆ど電歪板１２に加わり、変位量が低下するこ
とはない。
ちなみに、従来のバイモルフ素子のシム板と電歪板との
接着にはエポキシ系接着剤が用いられていた。エポキシ
系接着剤の体積固有抵抗は１０１３〜１０１ＳΩ・備で
ある。接着層の厚さを１〜１０μｍとすると１０９Ω以
上の抵抗層となる。この値は電歪板の抵抗値と同程度か
それより高いため、印加電圧は主に接着層に加わる。そ
のため、電歪板に所定の電圧が印加されず変位量が低下
する現象がしばしば起きていたが、本実施例にかかるバ
イモルフ素子では、接着剤の固有抵抗を１０１０Ω・備
にしであるので、１〜１０μｍ程度の層では１０７Ω以
下になり、印加電圧のほとんどが電歪板に加わる。
接着にはエポキシ系接着剤が用いられていた。エポキシ
系接着剤の体積固有抵抗は１０１３〜１０１ＳΩ・備で
ある。接着層の厚さを１〜１０μｍとすると１０９Ω以
上の抵抗層となる。この値は電歪板の抵抗値と同程度か
それより高いため、印加電圧は主に接着層に加わる。そ
のため、電歪板に所定の電圧が印加されず変位量が低下
する現象がしばしば起きていたが、本実施例にかかるバ
イモルフ素子では、接着剤の固有抵抗を１０１０Ω・備
にしであるので、１〜１０μｍ程度の層では１０７Ω以
下になり、印加電圧のほとんどが電歪板に加わる。
ただし、接着剤の固有抵抗が低すぎると、バイモルフ素
子１の端部に僅かに付着した接着剤９０１によってリー
クが起き、やはり電歪板に電圧が加わらない。したがっ
て、固有抵抗は１０”Ω・口取上であることが望ましい
。
子１の端部に僅かに付着した接着剤９０１によってリー
クが起き、やはり電歪板に電圧が加わらない。したがっ
て、固有抵抗は１０”Ω・口取上であることが望ましい
。
なお、一般に、接着剤にカーボンなどを混入すると接着
力が低下することが懸念されるが、本実施例の場合導電
性粉の含有量は極めて少量でよいため接着力には影響し
ない。
力が低下することが懸念されるが、本実施例の場合導電
性粉の含有量は極めて少量でよいため接着力には影響し
ない。
以上説明したように、本発明のバイモルフ素子によれば
、シム板の熱膨張係数を１０−７〜１０−’／ ℃とし
て電歪板の熱膨張係数に近似させたので、高温下におい
ても熱膨張による内部応力が殆ど発生せず、大きく変位
させても電歪板が破断しにくくなる。
、シム板の熱膨張係数を１０−７〜１０−’／ ℃とし
て電歪板の熱膨張係数に近似させたので、高温下におい
ても熱膨張による内部応力が殆ど発生せず、大きく変位
させても電歪板が破断しにくくなる。
そのため、バイモルフ素子の信顧性を大幅に向上させる
ことができる。
ことができる。
第１図は本発明の一実施例であるバイモルフ素子を用い
た圧電アクチュエータのブロック図、第２図は環境温度
に基づいて黄銅板と電歪板との接着体に発生する応力を
確認するための断面図、第３図はＮｉ−Ｆｅ系合金にお
けるＮｉ含有量と熱膨張係数との関係を示した特性図、
第４図は環境温度に基づいてＮｉ−Ｆｅ板と電歪板との
接着体に発生する応力を確認するための断面図、第５図
は第１図のバイモルフ素子の構成を示した斜視図、第６
図は第１図に示す駆動回路を用いて７０℃の温度下で２
Ｈｚの連続動作試験を行った際の各種バイモルフ素子の
変位量特性図、第７図はＮｉ−Ｃｏ−Ｆｅ系合金の組成
比と熱膨張係数αの関係を示した特性図、第８図（Ａ）
は同図（Ｂ）に示すバイモルフ素子の変位・発生力の関
係を示す特性図、同図（Ｂ）は先端部に磁石を配置した
バイモルフ素子を示す断面図、第９図および第１θ図は
いずれも第１図のバイモルフ素子の部分拡大断面図であ
る。 １・・・バイモルフ素子、１１・・・シム板、１２．１
３・・・電歪板、５０１〜５０４ ・・・電極。 第２図 第３図 Ｎ１４Ｋｌ （ｔｔＪ、） 第４図 第６図 自作時開（Ｈ） 第７図 第８図 （Ａ） （Ｂ）
た圧電アクチュエータのブロック図、第２図は環境温度
に基づいて黄銅板と電歪板との接着体に発生する応力を
確認するための断面図、第３図はＮｉ−Ｆｅ系合金にお
けるＮｉ含有量と熱膨張係数との関係を示した特性図、
第４図は環境温度に基づいてＮｉ−Ｆｅ板と電歪板との
接着体に発生する応力を確認するための断面図、第５図
は第１図のバイモルフ素子の構成を示した斜視図、第６
図は第１図に示す駆動回路を用いて７０℃の温度下で２
Ｈｚの連続動作試験を行った際の各種バイモルフ素子の
変位量特性図、第７図はＮｉ−Ｃｏ−Ｆｅ系合金の組成
比と熱膨張係数αの関係を示した特性図、第８図（Ａ）
は同図（Ｂ）に示すバイモルフ素子の変位・発生力の関
係を示す特性図、同図（Ｂ）は先端部に磁石を配置した
バイモルフ素子を示す断面図、第９図および第１θ図は
いずれも第１図のバイモルフ素子の部分拡大断面図であ
る。 １・・・バイモルフ素子、１１・・・シム板、１２．１
３・・・電歪板、５０１〜５０４ ・・・電極。 第２図 第３図 Ｎ１４Ｋｌ （ｔｔＪ、） 第４図 第６図 自作時開（Ｈ） 第７図 第８図 （Ａ） （Ｂ）
Claims (5)
- （１）中央電極を兼ねるシム板の両面に電歪板を接着し
、電歪板の外側面に電極を施したバイモルフ素子におい
て、前記シム板を熱膨張係数が１０＾−＾７〜１０＾−
＾５／℃の金属としたことを特徴とするバイモルフ素子
。 - （２）シム板がＮｉ含有量３０〜５５重量％のＮｉ−Ｆ
ｅ系合金である特許請求の範囲第１項記載のバイモルフ
素子。 - （３）シム板がＮｉ−Ｃｏ−Ｆｅ系合金である特許請求
の範囲第１項記載のバイモルフ素子。 - （４）シム板と電歪板とが、１０＾６〜１０＾１＾３Ω
・ｃｍの体積固有抵抗をもつ接着剤で接着されている特
許請求の範囲第１項記載のバイモルフ素子。 - （５）接着剤がカーボン粒子の混入した樹脂である特許
請求の範囲第４項記載のバイモルフ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60018508A JPS61177785A (ja) | 1985-02-04 | 1985-02-04 | バイモルフ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60018508A JPS61177785A (ja) | 1985-02-04 | 1985-02-04 | バイモルフ素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61177785A true JPS61177785A (ja) | 1986-08-09 |
| JPH0317231B2 JPH0317231B2 (ja) | 1991-03-07 |
Family
ID=11973564
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60018508A Granted JPS61177785A (ja) | 1985-02-04 | 1985-02-04 | バイモルフ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61177785A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63197386A (ja) * | 1987-02-12 | 1988-08-16 | Murata Mfg Co Ltd | 圧電アクチユエ−タ |
| WO2001075987A1 (de) * | 2000-04-04 | 2001-10-11 | Siemens Aktiengesellschaft | Piezokeramischer biegewandler |
| JP2017195249A (ja) * | 2016-04-19 | 2017-10-26 | 株式会社リコー | 強誘電体素子及びその製造方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6048259U (ja) * | 1983-09-10 | 1985-04-04 | 株式会社トーキン | 変位素子 |
-
1985
- 1985-02-04 JP JP60018508A patent/JPS61177785A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6048259U (ja) * | 1983-09-10 | 1985-04-04 | 株式会社トーキン | 変位素子 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63197386A (ja) * | 1987-02-12 | 1988-08-16 | Murata Mfg Co Ltd | 圧電アクチユエ−タ |
| WO2001075987A1 (de) * | 2000-04-04 | 2001-10-11 | Siemens Aktiengesellschaft | Piezokeramischer biegewandler |
| JP2017195249A (ja) * | 2016-04-19 | 2017-10-26 | 株式会社リコー | 強誘電体素子及びその製造方法 |
| US10801113B2 (en) | 2016-04-19 | 2020-10-13 | Ricoh Company, Ltd. | Ferroelectric element and method of manufacturing ferroelectric element |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0317231B2 (ja) | 1991-03-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5276657A (en) | Metal-electroactive ceramic composite actuators | |
| US20080054761A1 (en) | Piezoelectric/electrostrictive device | |
| JPS6388727A (ja) | 圧電スイッチ | |
| WO2006022084A1 (ja) | 圧電デバイスおよびこれを備える圧電スイッチ | |
| US6566789B2 (en) | Piezoelectric/electrostrictive device and method of manufacturing same | |
| US6756551B2 (en) | Piezoelectrically actuated liquid metal switch | |
| CN101501877B (zh) | 作为三形体构成的压电陶瓷弯曲转换器的电子控制装置 | |
| US11571712B2 (en) | Vibration panel and electronic apparatus | |
| US6657364B1 (en) | Piezoelectric/electrostrictive device | |
| JPS61177785A (ja) | バイモルフ素子 | |
| US6525448B1 (en) | Piezoelectric/electrostrictive device | |
| JP3210011B2 (ja) | 圧電形曲げ変換器およびその製造方法 | |
| US3123727A (en) | Kritz | |
| JP3326735B2 (ja) | 圧電アクチュエータ | |
| JPH0737325Y2 (ja) | 圧電アクチュエータ | |
| JP3214260B2 (ja) | 共振駆動型圧電アクチュエータ | |
| JPH07142781A (ja) | 圧電バイモルフ素子 | |
| JPH0232573A (ja) | 屈曲型圧電変位素子 | |
| JPS6032A (ja) | 圧電リレ− | |
| JPS62242188A (ja) | 圧電バルブ | |
| JPH0362578A (ja) | 電歪効果素子 | |
| JPH02288379A (ja) | 圧電セラミックアクチュエータ | |
| JPH0249736Y2 (ja) | ||
| JPH03248581A (ja) | 電歪効果素子 | |
| JPH1126828A (ja) | 積層型圧電アクチュエータ |