JPS5932182A - バイモルフ用圧電素子 - Google Patents
バイモルフ用圧電素子Info
- Publication number
- JPS5932182A JPS5932182A JP57141991A JP14199182A JPS5932182A JP S5932182 A JPS5932182 A JP S5932182A JP 57141991 A JP57141991 A JP 57141991A JP 14199182 A JP14199182 A JP 14199182A JP S5932182 A JPS5932182 A JP S5932182A
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- JP
- Japan
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- piezoelectric
- plate
- piezoelectric element
- bimorph
- pressure
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-
- 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 Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (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】
この発明は、積層１ｄ造の単一１［電板を用いて弾性強
度を向上させ汎用性をもｌζせたバイモルフ圧電素子に
関する。
度を向上させ汎用性をもｌζせたバイモルフ圧電素子に
関する。
バイモルフ圧電素子は、例えば印加電比が一方の圧′面
板を引伸はし、他方のＦＥ ｉ圧板を圧Ｗｉするように
相圧に貼り合ねげた横通かＩ−）なり、構１貴体に微少
な変（立を学えるアクチ、：Ｌエータ−や、ｔｒｉ ４
”４１市に所定の共振周波数で振動を学えて「弄素子や
モジュレータ−等として利用され〔いる電気機械変換素
−ｒである。
板を引伸はし、他方のＦＥ ｉ圧板を圧Ｗｉするように
相圧に貼り合ねげた横通かＩ−）なり、構１貴体に微少
な変（立を学えるアクチ、：Ｌエータ−や、ｔｒｉ ４
”４１市に所定の共振周波数で振動を学えて「弄素子や
モジュレータ−等として利用され〔いる電気機械変換素
−ｒである。
バイモルフ圧電素子の代表的な１１４戎には、分極方向
が反対方向となるよう２枚のｑｔ −ＩＥ を板（１）
を貼り合わせた（性成のもの（第１図ａ図）、これと同
Ｆｉ４１戊で分極方向が同方向のもの（同す図）、金属
板（３）の片面に１枚の単一圧電板（１）を貼り合わせ
たｉｌｌ成のもの（四〇図）、１枚の金属板（３）の画
面しこ谷々弔−圧↑圧板（１）を貼り合わせた嘴成のも
の（第３図）があり、用途に応じて圧電板あるいは金属
１ｉＺが矩形状９円板状のものが使用され、例えば所、
Ｈの支持点Ｃ保持され′〔音＠Ｐ賑動子として使用され
たり、又片持ち（薄酸としたものがアクチュエーターと
しＣ使用されている。なお、第１図で２は付設したＩｌ
ｆ、極である。
が反対方向となるよう２枚のｑｔ −ＩＥ を板（１）
を貼り合わせた（性成のもの（第１図ａ図）、これと同
Ｆｉ４１戊で分極方向が同方向のもの（同す図）、金属
板（３）の片面に１枚の単一圧電板（１）を貼り合わせ
たｉｌｌ成のもの（四〇図）、１枚の金属板（３）の画
面しこ谷々弔−圧↑圧板（１）を貼り合わせた嘴成のも
の（第３図）があり、用途に応じて圧電板あるいは金属
１ｉＺが矩形状９円板状のものが使用され、例えば所、
Ｈの支持点Ｃ保持され′〔音＠Ｐ賑動子として使用され
たり、又片持ち（薄酸としたものがアクチュエーターと
しＣ使用されている。なお、第１図で２は付設したＩｌ
ｆ、極である。
ここで、バイモルフＩＦ、 ’市素子の印加′Ｉに圧と
変位置及びＪ（振周波数との関係を、−万端を固定した
片持ちＩ’７１ｊ成としたパイセルフ圧′醒素子の場合
につい゛〔、第２図に基づいて説明すると、２枚の単一
圧’ｔｇ、仮（１） （１）を貼り今わせた圧゛１１を
素子（４）の−万端を、支持具（５）に固定し、付設し
た電極に電ＩＥＶを印／Ｊｌｌしたときの直ＬＦｖと圧
′〆匡素子（４）の変位置（χ）との関係は「記（１）
戊で表わされる。
変位置及びＪ（振周波数との関係を、−万端を固定した
片持ちＩ’７１ｊ成としたパイセルフ圧′醒素子の場合
につい゛〔、第２図に基づいて説明すると、２枚の単一
圧’ｔｇ、仮（１） （１）を貼り今わせた圧゛１１を
素子（４）の−万端を、支持具（５）に固定し、付設し
た電極に電ＩＥＶを印／Ｊｌｌしたときの直ＬＦｖと圧
′〆匡素子（４）の変位置（χ）との関係は「記（１）
戊で表わされる。
Ｅ ：弾性定数
Ｌ ：有＠長さ
ｔ ： ２枚の弔−圧電板の貼り合わせＰＩみＡ：定数
また、交流電圧を印加したに＠ハの圧電素子（４）の共
振周波数（Ｆｒ）はＦ記（２）式により表わされる。
振周波数（Ｆｒ）はＦ記（２）式により表わされる。
上記の圧糟：素子（４）においＣ１その開化１ｔ１（χ
）を増大させるためには、（１）式より明らかなように
、有効ｆ４ Ｌを大きくｒるか、貼り合わせ厚みｔを小
さくする必要がある。
）を増大させるためには、（１）式より明らかなように
、有効ｆ４ Ｌを大きくｒるか、貼り合わせ厚みｔを小
さくする必要がある。
ところが、上記の圧電素子（４）を使用する各種の電子
機ｋｇは、その寸法に制限があり、また素子の機械強度
の点から構成体の単一圧電板のでＪ−法、形状を大幅に
変ヂすることができず、所望の変位数（χ）あるいは共
振周波数（Ｆｒ）が決定されると、圧電素子を構成する
単−圧電板、あるいは金属板の７１法、形状は特定され
〔しまう。
機ｋｇは、その寸法に制限があり、また素子の機械強度
の点から構成体の単一圧電板のでＪ−法、形状を大幅に
変ヂすることができず、所望の変位数（χ）あるいは共
振周波数（Ｆｒ）が決定されると、圧電素子を構成する
単−圧電板、あるいは金属板の７１法、形状は特定され
〔しまう。
一方、バイモルフ圧゛覗素子は構造が簡単であり、駆動
方法も容易でかつ低消費電力であることがら、例えばア
クチュエーターの場合には従来の磁気方式のものから、
このバイモルフ圧電素子に転換されつつあり、さらにケ
よ、直流電圧印加時の変位畷あるいは共賑点で駆動した
ときの振幅を大きく増大させることが、強く決望されて
いる。
方法も容易でかつ低消費電力であることがら、例えばア
クチュエーターの場合には従来の磁気方式のものから、
このバイモルフ圧電素子に転換されつつあり、さらにケ
よ、直流電圧印加時の変位畷あるいは共賑点で駆動した
ときの振幅を大きく増大させることが、強く決望されて
いる。
し〃・しながら、バイモルフ圧電素子は、その単一圧電
板が金属に比較し″Ｃ一定加車に対ｒる弾性没［形鼠が
小さく、￥性変形がほとんどないため破壊しゃｒく、上
記用途において特定されたす法、形状ではその適用に限
界があり、汎用性ｅこ欠ける問題があった。
板が金属に比較し″Ｃ一定加車に対ｒる弾性没［形鼠が
小さく、￥性変形がほとんどないため破壊しゃｒく、上
記用途において特定されたす法、形状ではその適用に限
界があり、汎用性ｅこ欠ける問題があった。
この発明？よ、−１；述の現状に鑑み、弾性強度が高く
、すぐれた汎用性の得られるバイモルフ圧電素子を提案
することを目的とし−〔いる。
、すぐれた汎用性の得られるバイモルフ圧電素子を提案
することを目的とし−〔いる。
すなわち、この発明は、ａ数枚の圧′庇板をその分極方
向を同一方向に揃えて弾性変形能の大きな接着材で積Ｍ
接肩して１枚の圧電板となした単−圧電板を所望の形体
に貼り合わせることを要旨とするバイモルフ圧電素子で
ある。
向を同一方向に揃えて弾性変形能の大きな接着材で積Ｍ
接肩して１枚の圧電板となした単−圧電板を所望の形体
に貼り合わせることを要旨とするバイモルフ圧電素子で
ある。
この発明は、上記した積層構造かｂなる中−圧電板を用
いることを要旨とするため、前述した各種の１１り成か
らなるバイモルフ圧ｉ匡素子に適用でき、また画及しな
い各種の形体に貼り合わせてバイモルフ圧電素子に（持
戒することもできる。
いることを要旨とするため、前述した各種の１１り成か
らなるバイモルフ圧ｉ匡素子に適用でき、また画及しな
い各種の形体に貼り合わせてバイモルフ圧電素子に（持
戒することもできる。
具体的に説明すると、各種の暇子機詩に適用ｒるに際し
て、これに用いられていた従来のバイモルフ圧電素子を
構１４．１４する単−圧電板の印加Ｃ匡ＬＬに対する変
（３γ＠あるいは共振周波数が同一となるように、厚さ
あるいは長さを調整した複数枚の圧電板をその分極方向
を揃えＣ積層し−〔１枚の単−圧゛ｉ民板に溝１」ニし
、これを所定の貼り合わせ形体に組立′〔てバイモルフ
圧「「、素子に（？り成するものである。
て、これに用いられていた従来のバイモルフ圧電素子を
構１４．１４する単−圧電板の印加Ｃ匡ＬＬに対する変
（３γ＠あるいは共振周波数が同一となるように、厚さ
あるいは長さを調整した複数枚の圧電板をその分極方向
を揃えＣ積層し−〔１枚の単−圧゛ｉ民板に溝１」ニし
、これを所定の貼り合わせ形体に組立′〔てバイモルフ
圧「「、素子に（？り成するものである。
従って、ｍｓ槽構造らなる単−圧′（板を用いて、従来
の単一圧電板を用いたＩＥ電素子に組立てて、同号の性
能を得るには、対応する単一圧電板の弾性的性質を回等
となるよう、積層を構成する複数枚の圧電板の厚み必る
いは寸法を適宜選定するもので、厚みは・賂ず１．も１
″べ゛Ｃ同一とする必要はない。
の単一圧電板を用いたＩＥ電素子に組立てて、同号の性
能を得るには、対応する単一圧電板の弾性的性質を回等
となるよう、積層を構成する複数枚の圧電板の厚み必る
いは寸法を適宜選定するもので、厚みは・賂ず１．も１
″べ゛Ｃ同一とする必要はない。
また、接冶材にはエポキシ樹脂系接着剤が十分な可撓性
があり好ましく、さらには導電性をイ；１与することに
より電気的接触を確実にすることもできる。
があり好ましく、さらには導電性をイ；１与することに
より電気的接触を確実にすることもできる。
また、積層構造の単−圧″成板へＣｊ設する成極は圧電
素子の、ｔＭ成に応じて適宜肯定するとよいが、例えば
第２図の圧電素子（４）の場合は安定ｔＭ作のためにｒ
Ｊ：素子の両面に設けた方が好ましい。
素子の、ｔＭ成に応じて適宜肯定するとよいが、例えば
第２図の圧電素子（４）の場合は安定ｔＭ作のためにｒ
Ｊ：素子の両面に設けた方が好ましい。
以Ｆｉて、この発明を図面に基づいて詳述する。
ここでＱよ、１枚のａ側板の両面に単一圧電板を貼着す
る構成からなるバイモルフ圧゛暇素子の場合について説
明する。第８図ｒよ上記（１４成の圧Ｖ［素子の縦断面
図であり、８図が従来の圧電素子、ｂ図がこの発明によ
る圧電素子である。
る構成からなるバイモルフ圧゛暇素子の場合について説
明する。第８図ｒよ上記（１４成の圧Ｖ［素子の縦断面
図であり、８図が従来の圧電素子、ｂ図がこの発明によ
る圧電素子である。
従来の圧電素子（６）は、厚さｔｏの単−圧電板（１）
を金属板（３）の両面に各々貼着しであり、外表面に１
Ｅ極（２）を付設し７た構成である。
を金属板（３）の両面に各々貼着しであり、外表面に１
Ｅ極（２）を付設し７た構成である。
これに対して、この発明にょる圧゛喧索子（６′）は、
厚さｌｏの弔・−・圧電板（１）に対応する圧１匡板と
して、厚さ／ｎ／２の圧１Ｅ板（１ａ）の２枚をその分
極方向が一致するように揃えて、例えばエポキシ樹脂系
接着剤で積層し接層した唯−圧電板（１′）を用いて、
金属板（３）の両面に貼着してあり、同様に電極（２）
を素子（６勺の両面に付設しである、 ここで、Ｆ、イ己の接層４４］ ｔよ一般に１［′ｆ匡
（反よ９弾１生定数が小さいため、厚みｌｏ／２の圧電
板（１ａ）を２枚積層したこの発明の単−圧電板（ｌ′
）は、その弾性定数が厚みｌ。の圧電板からなる従来の
単一圧電板（１）よりも小さくなるため、従来のものと
同等の腿位肘あるいは共振周波数とするにｅよ、比べ（
反（ｌａ ）の１伊みを１０／２よりイ竜＜ゎずがだけ
厚くするか、あるいは長さを調整する必要がある。
厚さｌｏの弔・−・圧電板（１）に対応する圧１匡板と
して、厚さ／ｎ／２の圧１Ｅ板（１ａ）の２枚をその分
極方向が一致するように揃えて、例えばエポキシ樹脂系
接着剤で積層し接層した唯−圧電板（１′）を用いて、
金属板（３）の両面に貼着してあり、同様に電極（２）
を素子（６勺の両面に付設しである、 ここで、Ｆ、イ己の接層４４］ ｔよ一般に１［′ｆ匡
（反よ９弾１生定数が小さいため、厚みｌｏ／２の圧電
板（１ａ）を２枚積層したこの発明の単−圧電板（ｌ′
）は、その弾性定数が厚みｌ。の圧電板からなる従来の
単一圧電板（１）よりも小さくなるため、従来のものと
同等の腿位肘あるいは共振周波数とするにｅよ、比べ（
反（ｌａ ）の１伊みを１０／２よりイ竜＜ゎずがだけ
厚くするか、あるいは長さを調整する必要がある。
次に、この発明による実施例を示しその効果を明らかに
する。適用するバイモルフ圧電素子は１ニ述した第３図
の金属板の両面に単−比ＩＫ板を貼着するＩ￥Ｉｔ或の
ものである。
する。適用するバイモルフ圧電素子は１ニ述した第３図
の金属板の両面に単−比ＩＫ板を貼着するＩ￥Ｉｔ或の
ものである。
厚みｇ、１’＊＊ｘ幅５朋×長さ８０朋１法のチタン酸
ジルコン酸鉛よシなる圧′ＫＬ磁藷仮の２枚を、エポキ
シ樹脂系接層剤で積層接層し−〔単−圧電板となし、こ
れを厚み０．２朋Ｘ幅５朋×長さ３０闘のりん宵銅板の
両面に貼着し、ＦＥ電電板外表面に銀電極を１０μｍ
ＦＪで焼１１けてこの発明のバイモルフ王′厄素子にｌ
ｊ二けた。
ジルコン酸鉛よシなる圧′ＫＬ磁藷仮の２枚を、エポキ
シ樹脂系接層剤で積層接層し−〔単−圧電板となし、こ
れを厚み０．２朋Ｘ幅５朋×長さ３０闘のりん宵銅板の
両面に貼着し、ＦＥ電電板外表面に銀電極を１０μｍ
ＦＪで焼１１けてこの発明のバイモルフ王′厄素子にｌ
ｊ二けた。
比較のため、同組成で厚み０．２朋×幅５闘×長さ３０
絹の単−圧ＦＬ仮を同寸法のりん作銅板の両面に貼着し
、同様にＵＫ極を（＝１設し−〔従来のバイモルフ圧電
素子に仕上げた。
絹の単−圧ＦＬ仮を同寸法のりん作銅板の両面に貼着し
、同様にＵＫ極を（＝１設し−〔従来のバイモルフ圧電
素子に仕上げた。
一上記２種の圧電素子の一端を固定具に同情ｒして各り
の２次共振周波数で振動させたとさ、圧電素子が破壊す
るまでの印加電圧と自由端における振幅を測定した結果
を第１表に示す。なお、共振周波数が両者におい−Ｃ異
なるのは、同一寸法の圧゛心素子として比較ｒるため、
積層構造の圧電板と従来の単−圧′置板の弾性定数が同
一となるように、厚さあるいはＩ（さを調整し′Ｃいな
いためである。
の２次共振周波数で振動させたとさ、圧電素子が破壊す
るまでの印加電圧と自由端における振幅を測定した結果
を第１表に示す。なお、共振周波数が両者におい−Ｃ異
なるのは、同一寸法の圧゛心素子として比較ｒるため、
積層構造の圧電板と従来の単−圧′置板の弾性定数が同
一となるように、厚さあるいはＩ（さを調整し′Ｃいな
いためである。
結果から明らかなように、同一寸法の圧′成素子で比較
すると、自由端での振幅はが増大し、弾性的強度が著し
く向」ニしていることがわかる。
すると、自由端での振幅はが増大し、弾性的強度が著し
く向」ニしていることがわかる。
従って、各種の電子機２ｇへの適用に際して、要求され
る圧電素子の腿位１４ｔの増大に１−分に対処でき、し
かも長鍔命化が可能ｌため、圧電ブザー。
る圧電素子の腿位１４ｔの増大に１−分に対処でき、し
かも長鍔命化が可能ｌため、圧電ブザー。
スピーカー、プリンター用アクチュエーター、圧電スイ
ッチ等、その適用範囲が著しく広が９だ。
ッチ等、その適用範囲が著しく広が９だ。
ゲル１表
第１図はバイモルフ圧？［素子の代表的な（１６造を示
す縦断説明図、第２図ぐよ〕（イモ／Ｌ、）圧電素子の
作動を示ｔ”説明図、第３図はＩくイモルフ圧電素子の
縦断説明図であり、ａ図Ｖよ従来例、ｂ図はこの発明に
よる圧電素ｆの場合である。 図中、【、１′・・・唯−圧電（反、１ａ・・・［Ｅ醒
（反、２・・・＋ｉｆ、極、８・・・金属板、４．６．
６’・・・ローｌ戊素子、５・・・支持具。 出願人 住友特殊舎属株式会トＬ
す縦断説明図、第２図ぐよ〕（イモ／Ｌ、）圧電素子の
作動を示ｔ”説明図、第３図はＩくイモルフ圧電素子の
縦断説明図であり、ａ図Ｖよ従来例、ｂ図はこの発明に
よる圧電素ｆの場合である。 図中、【、１′・・・唯−圧電（反、１ａ・・・［Ｅ醒
（反、２・・・＋ｉｆ、極、８・・・金属板、４．６．
６’・・・ローｌ戊素子、５・・・支持具。 出願人 住友特殊舎属株式会トＬ
Claims (1)
- ｌ 複数枚の圧電板を、その分極方向を同一方向に揃え
て、弾性変形能の大きな接看材で積層接着して１枚の圧
電板となした単一圧電板を貼り合わせることを特徴とす
るバイモルフ１玉電素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57141991A JPS5932182A (ja) | 1982-08-16 | 1982-08-16 | バイモルフ用圧電素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57141991A JPS5932182A (ja) | 1982-08-16 | 1982-08-16 | バイモルフ用圧電素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5932182A true JPS5932182A (ja) | 1984-02-21 |
| JPS6412111B2 JPS6412111B2 (ja) | 1989-02-28 |
Family
ID=15304848
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57141991A Granted JPS5932182A (ja) | 1982-08-16 | 1982-08-16 | バイモルフ用圧電素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5932182A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5210455A (en) * | 1990-07-26 | 1993-05-11 | Ngk Insulators, Ltd. | Piezoelectric/electrostrictive actuator having ceramic substrate having recess defining thin-walled portion |
| US5281888A (en) * | 1992-03-17 | 1994-01-25 | Ngk Insulators, Ltd. | Piezoelectric/electrostrictive element having auxiliary electrode disposed between piezoelectric/electrostrictive layer and substrate |
| US5430344A (en) * | 1991-07-18 | 1995-07-04 | Ngk Insulators, Ltd. | Piezoelectric/electrostrictive element having ceramic substrate formed essentially of stabilized zirconia |
| US5617127A (en) * | 1992-12-04 | 1997-04-01 | Ngk Insulators, Ltd. | Actuator having ceramic substrate with slit(s) and ink jet print head using the actuator |
| US5834879A (en) * | 1996-01-11 | 1998-11-10 | Wac Data Services Co., Ltd. | Stacked piezoelectric actuator |
| JP2006203304A (ja) * | 2005-01-18 | 2006-08-03 | Hitachi Media Electoronics Co Ltd | 圧電薄膜共振器及びそれを用いた発振器並びにそれを内蔵した半導体集積回路 |
| US7535155B2 (en) * | 2004-08-24 | 2009-05-19 | Taiheiyo Cement Corporation | Piezoelectric device and piezoelectric switch provided with the same |
Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| JPS55135802A (en) * | 1979-04-04 | 1980-10-23 | Quantel Sa | Thick optical element having variable curvature |
| JPS55139629A (en) * | 1979-04-16 | 1980-10-31 | Sony Corp | Supporting structure of magnetic head |
-
1982
- 1982-08-16 JP JP57141991A patent/JPS5932182A/ja active Granted
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6412111B2 (ja) | 1989-02-28 |
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