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製品情報

圧電応用製品群

バイモルフ型振動子

バイモルフ型振動子は、長さ方向に伸縮する圧電セラミックス素子2枚を接合し、一方が伸びると他方が縮むように構成したもので、たわみ振動子になります。逆に、たわみ力を与えるとその力に応じた電界を出力することができます。多くは可聴音領域の固有振動数を持つため、高感度の音響センサやON-OFF駆動の屈曲アクチュエータとして利用されています。

主な用途例

  • マイクロポンプ
  • 骨伝道マイクロホン
  • 音響ピックアップ
  • バルブフラッパー
  • 振動スイッチ
  • 各種のアクチュエータ

アクチュエータ用

センサ用

基本構造

基本構造

バイモルフ型振動子は結線方法によってシリーズ型とパラレル型に分けられます。アクチュエータとして使用される多くはパラレル型です。アクチュエータは低い電圧で大きな変位を得るのが課題で、アクチュエータの変位量は圧電素子の単位厚さ当りの印加電圧に比例するため、電圧および寸法が同じ場合は内部電界が大きいパラレル型の方が大きな変位を得ることができます。
また、シリーズ型はパラレル型に対して出力電圧および内部インピーダンス共に大きくなり、出力電圧は2倍に、内部インピーダンスは4倍になりますので、微少信号の高感度なセンシングに利用されます。

最大製作範囲

最大製作範囲

シム材(弾性補強板)の厚さ\(t_s\)は、0.05mm、0.1mm標準です。
片端固定の場合の自由長\(ℓ\)は、全長\(ℓ_0\)の約85%が標準になります。
長さ\(ℓ_0\)、幅\(w\)、厚さ\(t\)の製作可能範囲を下図に示します。

サイズの製作範囲

バイモルフ型アクチュエータは積層型に比べると、発生力は小さく変位量が大きいので小型微動アクチュエータに適します。
また、バイモルフ型アクチュエータは、電気的および機械的に正負が対称なため、印加電圧に対する変位および発生力も後記するような対称ヒステリシス曲線を描きます。

バイモルフ型振動子の関係式

バイモルフ型振動子の関係式

パラレル型バイモルフ振動子を片端固定で使用した場合の変位\(u_0\)、最大発生力\(F_b\)、コンプライアンス\(s_n\)、および共振周波数\(f_{rm}\)の関係は次式のようになります。

代表特性例

超音波センサの配置方式

変位\(u_0\)は印加電圧\(V\)に比例し、長さの二乗に比例します。発生力\(F\) は印加電圧\(V\)に比例し、幅\(w\)に比例します。常温時の最大印加直流電圧\(V_{\max}\)は、次式の範囲内でご使用ください。

\(V_{\max} = E_r\cdot\displaystyle \frac{t-t_s}{2}\) 〔V〕

圧電体の材質による耐久電界\(Er\)の例を以下に示します。

C-6 材: 400 〔V/mm〕
C-82 材: 300 〔V/mm〕
C-91 材: 250 〔V/mm〕

アクチュエータは、無負荷変位量の半分\(u_o/2\)の点でエネルギーが最大になります。その付近で負荷をドライブすれば最も効率のよい使い方ができます。 アクチュエータのエネルギーは印加電圧\(V\)とアクチュエータの幅\(w\)で決まり、印加電圧を高くすればエネルギーは大きくなりますが、圧電体の材質により限界があります。