[发明专利]共振执行器

说明书

技术领域

本发明涉及一种共振执行器，更具体涉及使用压电陶瓷材料的共振执行器。 

背景技术

压电执行器的变位量通常由压电常数d决定，所以目前，以具有较大压电常数的Pb(Zr，Ti)O₃(钛锆酸铅，下称“PZT”。)为基础的压电陶瓷材料的研究·开发十分盛行。 

例如，由于压电执行器等电力器件利用了压电陶瓷的大振幅弹性振动，所以非专利文献1记述了压电陶瓷的大振幅特性。 

上述非专利文献1报告：振动速度(＝振动振幅×频率)逻辑上是与施加电场E成比例变化，在以共振频率驱动PZT类压电陶瓷的情况下，当电场强度超过某个一定水平时，振动速度会渐渐降低至逻辑值以下，最终饱和。此外，上述非专利文献1还表示了PZT振动速度的界限与驱动电场之间的关系，报告显示，上述振动速度虽然因材料组成的不同而变化，但PZT类压电陶瓷材料的振动速度最大不超过1m/s。 

此外，对于非专利文献2，由于压电执行器等领域要求高振动水平的高电力(high power)材料，所以它报告了压电性评价法，和PZT类压电陶瓷的组成与振动水平特性等高电力特性之间的关系。 

上述非专利文献2的报告显示，在以驱动频率驱动PZT类压电陶瓷的情况下，当振动水平超过某个一定水平时，共振频率fr和机械品质系数Qm降低。 

非专利文献1：高桥贞行著“压电材料的新展开”、株式会社TIC、新陶瓷VOL.11，No.8(1988)，p29-34 

非专利文献2：高桥贞行著“高电力材料的评价”、株式会社TIC、 新陶瓷(1995)，No.6，p17-21 

如非专利文献1所述，即使将现有PZT类压电陶瓷用于共振执行器，当负载某个一定以上的高电场时，振动速度也会下降至逻辑值以下，稳定性减弱，最终饱和。 

也就是说，使用PZT类压电陶瓷的共振执行器存在以下问题点：由于振动速度变大时振动速度饱和，所以，结果得不到超过1m/s的振动速度，因此，得不到具有较大变位量的共振执行器。而且，还存在以下问题点：对于某个一定以上的高电场，由于振动速度不与施加电场E成比例而低于逻辑值，所以，需要用于将振动速度控制在逻辑值的反馈电路，导致设备复杂。 

此外，如非专利文献2所述，已知：在将现有PZT类压电陶瓷用于共振执行器的情况下，随着振动速度的上升，共振频率fr和机械品质系数Qm降低。因此，存在的问题是：需要设置跟踪共振频率fr变化的反馈电路，导致设备复杂。同时，由于机械品质系数Qm的降低导致机械损失增大，压电陶瓷的发热量增大，所以，在实际应用上，以较大振动速度使用是很困难的。 

发明内容

本发明就是鉴于上述情况而提出的，目的是提供一种共振执行器，即便饱和振动速度大、振动速度上升，也不会导致该振动速度不稳定，可以最大限度地抑制共振频率fr和机械品质系数Qm的下降，而且，即便施加高电场，也可以得到较大变位量。 

在共振执行器这种要求大变位量的电力器件的情况下，以往认为压电常数d高很重要，因此，从材料方面出发，只探讨了以压电常数d较高的PZT为基础的压电陶瓷材料。 

但是，如背景技术所述，PZT类压电陶瓷在振动速度v上升时，机械品质系数Qm和共振频率fr降低。此外，当施加某个一定以上的高电场时，振动速度v不与施加速度E成比例，下降至逻辑值以下并饱和。由此，结果是无法得到具有较大振动速度的共振执行器。 

因此，本案发明者们对各种材料进行了深入研究，通过将铋层状化合物组成的压电陶瓷元件用作变位元件，可以加大饱和振动速度，由此，即使振动速度v上升，也不会导致该振动速度v不稳定，可以最大限度地抑制机械品质系数Qm和共振频率fr的降低，此外还发现，即便施加某个一定以上的高电场时，振动速度v也不会饱和，而随施加电场E大致成比例地变化。

本发明是基于这种见解而提出的，本发明中的共振执行器，包括：至少一个具备以共振频率或共振频率附近的频率区域进行振动的变位元件的驱动部；和被上述变位元件驱动的被驱动部件，其特征是：上述变位元件具有由铋层状化合物组成的压电陶瓷基体。 

此外，对于铋层状化合物，各向异性较大、变位方向与极化方向为同一方向的情况，与变位方向与极化方向为垂直方向的情况相比，振动速度v大幅提升，可以得到具有更大变位量的共振执行器。 

也就是说，本发明的共振执行器的特征是：上述变位元件的变位方向与上述压电陶瓷基体的极化方向为同一方向。