JPS63150978A

JPS63150978A - 圧電変位素子

Info

Publication number: JPS63150978A
Application number: JP61299337A
Authority: JP
Inventors: Hidenobu Umeda; 秀信梅田; Sumio Horiike; 純夫堀池; Yoshiyuki Morita; 善之森田; Hideaki Akata; 赤田　英明
Original assignee: Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1986-12-15
Filing date: 1986-12-15
Publication date: 1988-06-23
Anticipated expiration: 2010-12-20
Also published as: JPH07120824B2

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】（イ）発明の分野この発明は、印加電圧を機械的な変位量に変換づるよう
な圧電変位素子に関する。

（ロ）発明の背景従来、上述例の圧電変位素子としては、例えば、第７図
に示す如き構造のバイモルフ（ｂｉｍｏｒ−ｐ　ｈ　）
型圧電変位素子７０がある。

すなわち、厚さ方向（を方向）に分極された上下２　枚
（７）　圧Ｎ索子７１．７２を内部！１ｉ４ｉ　７３１
．：接合すると共に、上述の各圧電素子７１．７２の厚
さ方向両端に外部電極７７１，７５を貼り付ｔノだ圧電
変位素子７０である。

そして、この圧電変位素子７０に同図に示す如く、直流
電源７６を接続して、上述の各電極７４゜７３間、７５
．７３間に電圧Ｖを印加すると、下側の圧電索子７１は
その長手方向（！Ｊ力方向にｄ３１Ｖ（ｄ３１は分極に
垂直方向の伸縮に対する圧電定数）だけ縮み、逆に上側
の圧電素子７２はその長手方向にｄ　３１Ｖだけ伸長す
る。

この結果、上述のバイモルフ型圧電変位素子７０は、第
８図に模式的に示寸如く、その一端が下方に曲り、この
時の変位量δは次式で表すことがここに、Ｋは比例定数ｄ３１は圧電定数ｇは圧電素子の良さｔは圧電素子の厚さ ■は印加電圧上述の圧電定数６３１は圧電材料に固有の値であるから
、同一材料を用いて前述の変位口δを大きくするには、
印加電圧Ｖを大きくする手段、圧電素子の長さ１を長く
する手段、圧電素子の厚さｔを小さくする手段がある。

しかし、上述の印加電圧Ｖを大きくする手段では、圧電
素子７１．７２の劣化、破壊の要因となり、また圧電素
子の長さｐを大きくする手段では圧電変位素子の形状が
大となって、応答性が悪くなり、ざらに圧電素子７１．
７２の厚ざｔを小さくする手段では、強度が低下するば
かりでなく、作業性が悪くなるので、いずれにしても、
同一材料を用いて前述の変位量δを大きくすることは困
難であった。

（ハ）発明の目的この発明は、分極方向に平行な方向の伸縮を利用する特
異な手段により、同一材料でありながら、上述の変位口
を人きくすることができる圧電変位素子の提供を目的と
する。

（ニ）発明の構成この発明は、圧電素子相互を接合した圧電変位素子であ
って、上記圧電素子は同素子の長さ方向に分極され、該
圧電素子−の分極両端に、同素子を分極と平行な方向に
伸縮変位させる電極を配設した圧電変位素子であること
を特徴とする。

（ホ）発明の作用この発明によれば、上述の電極に所定極性の直流電圧を
印加すると、一方の圧電素子はその長手方向に伸び、他
方の圧電素子はその長手方向に縮む。ここで上述の伸縮
率は分極に水平方向の伸縮に対する圧電定数に比例し、
この圧電定数ｄ３３は従来の分極に垂直方向の伸縮に対
する圧電定数ｄ３１の約２倍となる。

（へ）発明の効果この結果−分極方向に平行な方向の伸縮を利用すること
により、同一材料でありながら、約２倍の変位量を得る
ことができる効果がある。

加えて電極間距離が大となるため、圧電素子の耐電圧性
が向上し、また積層化が可能となるため、さらに大きな
変位を発生するバイモルフ型圧電変位素子を構成するこ
とが可能となる効果がある。

（ト）発明の実施例この発明の一実施例を以下図面に基づいて詳述する。

図面はバイモルフ型圧電変位素子を示し、第１図におい
て、このバイモルフ型圧電変位素子１は、長さ方向（ｇ
方向）に分極した上下２つの圧電素子２．３を、絶縁性
バネ材４を介して互いに分極方向を逆にして接合し、こ
れら圧電素子２．３の分極両端に、同素子２．３を分極
と平行な方向に伸縮変位させるべく電極５．６を配設し
たものである。

すなわち、第２図に示す如く、セラミックスバネや絶縁
コーティングを施したバネ等の絶縁性バネ材４の上下に
圧電素子２．３を貼り付け、これら各圧電素子２．３の
長さ方向両端にそれぞれ分極用電線７．８．９．１０を
接続して、第２図に示すような正負所定極性の直流電圧
をこれら各分極用電線７〜１０を介して上述の圧電素子
２．３に印加して、同素子２．３を良さ方向に分権処即
する。

次に第３図に示す如く、導電性接着剤１１．１２などを
用いて、上述の各圧電素子２．３の長手方向両端に電極
５．６を接合することにより、第１図に示す如きバイモ
ルフ型圧電変位素子１を構成したものである。

ここで、第１図に示す圧電素子の具体的長さｐは例えば
４０ＩＩＩ１１、圧電素子の厚さｔは例えば０゜５ｍｍ
に設定している。

図示実施例は上記の如く構成するものにして、以下作用
を説明する。

第１図に示すバイモルフ型圧電変位索子１に直流電源１
３を接続し、電極５．６間に図示極性の電圧■を印加す
ると、上側の圧電素子２はその長手方向にｄ３３Ｖだけ
伸びる。

一方、下側の圧電素子３はその長手方向にｄ３３Ｖだけ
縮む。

ここで、上述のｄ３３は分極の水平方向の伸縮に対する
電圧定数であり、■は印加電圧値である。

このため、上述のバイモルフ型圧電変位素子１は、第４
図に模式的に示す如く、その一端が下方に曲り、この時
の変位量δは次式で表わすことがここに、Ｋは比例定数ｄ３３は圧電定数 ρは圧電素子の長さｔは圧電素子の厚さ ■は印加電圧ここで、上述の圧電定数ｄ３３は既述した圧電定数６３
１の約２倍であるから、この実施例の圧電変位索子１は
、従来と同一材料、同形状、同一印加電圧値であっても
、約２倍の変位量を得ることができる効果がある。

加えて、第１図と第７図との対比からも明らかなように
、電極間距離が大となるため、圧電索子２．３の耐電圧
性の向上を図ることができる効果がある。

第５図、第６図はバイモルフ型圧電変位素子を積層化し
た実施例を示し、第５図はその斜視図、第６図は平面図
であって、絶縁性バネ材４の上下に分極方向が互い違い
となるように、上述の各圧電索子２，３を貼着配列させ
ると共に、所定箇所に絶縁物１．４・・・を介設した共
通電極１５．１６を積層化バイモルフ型圧電変位素子２
０の両サイドに配設して、これら各共通電＋Ｕ１５．１
６を介して前述の電極５．６に直流電源１３を印加すべ
く構成したものである。

この積層化バイモルフ型Ｊ、Ｅ電変位素子２０の変位量
δは次式で表すことができる。

ここに、ｎは積層筒数には比例定数ｄ３３は圧電定数 ρは圧電素子の全体の長さｔは圧電素子の厚さ ■は印加電圧上式からも明らかなように、ｎ箇の圧電素子２・・・、
３・・・を積層した上述の圧電変位素子２０は、第１図
のＩＴｌ：電変位索子１と比較してｎ倍の変位量を、ま
た従来の圧電変位素子７０と比較して約２ｎ倍の変位量
を得ることができる効果がある。

なお、上記各実施例においてはバイモルフ型圧電変位素
子を例示したが、ユニモルフ（ｕｎｉｍ−ｏｒｐｈ）型
圧電変位素子に適用してもよいことは勿論である。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の一実施例を示し、第１図はバイモルフ型圧電変位素子の斜視図、第２図は
分極処理を示す説明図、第３図は電極接合を示す説明図、第４図は圧電変位素子の変位を示す模式図、第５図はＷ
ｉ層化バイセルフ型圧電変位素子の斜視図、第６図は第５図の平面図、第７図は従来のバイモルフ型圧電変位素子の斜視図、第８図は圧電変位素子の変位を示す模式図である。２．３・・・圧電素子　　５．６・・・電　極第２図Ｉ７＞３月１８示１託昭図

Claims

【特許請求の範囲】

１、圧電素子相互を接合した圧電変位素子であって、上
記圧電素子は同素子の長さ方向に分極され、該圧電素子
の分極両端に、同素子を分極と平行な方向に伸縮変位さ
せる電極を配設した圧電変位素子。