專利名稱：壓電執(zhí)行元件及應(yīng)用它的熱電型紅外線傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及非接觸檢測物體輻射紅外線的熱電型紅外線傳感器以及用作該熱電型紅外線的斬光器(chopper)作為振動機(jī)構(gòu)的壓電執(zhí)行元件(actuator)。
背景技術(shù)：
近年來，熱電型紅外線傳感器廣泛應(yīng)用于微波爐中烹調(diào)物的溫度測定，或空調(diào)機(jī)中人體位置檢測等技術(shù)領(lǐng)域，可以預(yù)見，其應(yīng)用今后會越來越廣泛。熱電型紅外線傳感器利用LiTaO3單晶體等的熱電體產(chǎn)生的熱電效應(yīng)。熱電體會自動極化，總是具有表面電荷，在大氣中穩(wěn)定狀態(tài)下與大氣中的電荷相結(jié)合保持電氣中性。一旦紅外線入射該熱電體時，熱電體的溫度發(fā)生變化，與此同時，表面電荷狀態(tài)也因破壞中性狀態(tài)而變化。檢測該表面上產(chǎn)生的電荷測定紅外線入射量的器件就是熱電型紅外線傳感器。物體輻射對應(yīng)于其溫度的紅外線，故能用這種傳感器檢測物體的位置或溫度。熱電效應(yīng)起因于紅外線入射量的變化，熱電型紅外線傳感器檢測物體溫度時，必須使紅外線入射量發(fā)生變化。用作這種手段的手段稱為斬光器，即強(qiáng)制斷續(xù)入射的紅外線，檢測被檢測物體的溫度。已有斬光器使用電磁電動機(jī)或壓電執(zhí)行元件等。


圖13為已有技術(shù)例熱電型紅外線傳感器的立體圖，其中，將壓電體粘貼于彈性體平板的壓電執(zhí)行元件(壓電驅(qū)動器)用作斬光器。該壓電執(zhí)行元件，一般將壓電體粘貼于金屬等彈性平板上構(gòu)成貼合元件，固定單端，利用壓電體的變形使整體產(chǎn)生曲折運(yùn)動。一般將壓電體粘貼于彈性平板兩面上的結(jié)構(gòu)稱為雙壓電晶片型，而將僅粘貼于單面的稱為單壓電晶片型，彈性平板稱為隔片，下面各構(gòu)件也照此稱呼。
圖13為將雙壓電晶片型元件用作熱電型紅外線傳感器用斬光器的結(jié)構(gòu)，201為隔片，202a、202b為壓電體，203為遮蔽板，204為臺座，205為固定件，206為隔片用引線，207a、207b為壓電體用引線，208為紅外線檢測部，209為槽口，210為紅外線。壓電體202a、202b分別粘貼于具有彈性的金屬制隔片201的兩面，該三者為一體構(gòu)成雙壓電晶片型元件。壓電體202a、202b設(shè)定得使其表面印刷有電極，并在垂直于粘貼面的方向上施加極化處理，壓電體202a、202b的各個極化方向由通過從隔片引出的引線206和從壓電體引出的引線207a、207b分別加于隔片201與壓電體202a、202b之間的電場方向確定，使得壓電體202a、202b總是在相互相反方向中發(fā)生變形。也即，外加電場的方向和極化方向的選定使得壓電體202a、202b的某個在極化方向上伸長方向變形時，另一個在極化方向上收縮。通過用臺座204和固定件205同時挾住隔片201的一部分和壓電體202a、202b的一部分，固定安裝雙壓電晶片型元件。在未粘貼壓電體202a、202b的隔片的部分上設(shè)有隔片用引線206，而壓電體202a、202b表面上設(shè)在壓電體用引線207a、207b。雙壓電晶片型元件自由端的前端部安裝有遮蔽板203，該遮蔽板203上設(shè)有槽口209。紅外線檢測部208配置在遮蔽板203的附近使得與遮蔽板203及雙壓電晶片型元件不接觸。當(dāng)通過隔片用引線206及壓電體用引線207a、207b分別將電場加于隔片201與壓電體202a、202b之間時，雙壓晶片型元件產(chǎn)生單端固定的彎曲運(yùn)動，安裝于前端的遮蔽板203及槽口209按照電場施加方向的變化作往復(fù)運(yùn)動(振動)。借助于該槽口209的往復(fù)運(yùn)動使紅外線210斷續(xù)入射于紅外線檢測部208。
但是，上述結(jié)構(gòu)的雙壓電晶片型斬光器，為了在紅外線斷續(xù)中獲得足夠的移動距離，則必須將從固定部至前端移動部的尺寸取得大，且驅(qū)動電壓必須取得非常高。
這里，作為已有技術(shù)的改進(jìn)方法有通過在雙壓電晶片型元件或單壓電晶片型元件的前端移動部分上設(shè)置重負(fù)荷使共振頻率下降；通過僅固定隔片的一部分防止損壞易脆性的壓電體；根據(jù)需要通過在固定部附近的隔片上設(shè)置切口等手段進(jìn)一步降低共振頻率等方法，像以低電壓驅(qū)動獲得大變位等的改進(jìn)方法在已有技術(shù)中也一直在進(jìn)行著。下面，表示具有上述特征的斬光器的一例構(gòu)造。
圖14為已有技術(shù)一改進(jìn)例的立體圖，該例表示使隔片固定處的寬度變窄構(gòu)成熱電型紅外線傳感器用斬光器的單壓電晶片型元件的情況。圖14中，211a、211b為隔片，212a、212b為壓電體，213a、213b為重塊，214為傳感器臺座，215a、215b為單壓電晶片型元件固定件，216a、216b為隔片用引線，217a、217b為壓電體用引線，218為紅外線檢測部，219a、219b為單壓電晶片型元件固定螺釘，220為紅外線。
圖15為表示上述改進(jìn)例中使用的隔片211a、211b細(xì)節(jié)的立體圖，221為遮蔽部，222為壓電體粘貼部，223為切口部，224為定位部，225a、225b為固定孔。遮蔽部221和壓電體粘貼部222通過彎曲構(gòu)成直角，在壓電體粘貼部222至定位部224間設(shè)有切口部223，形成其寬度比壓電體粘貼部222小，定位部224的兩端設(shè)有固定孔225a、225b。
隔片211a、211b如圖15所示，設(shè)有窄寬度的切口部223，并如圖14所示，在該切口部223的下方用傳感器臺座214和單壓電晶片型元件固定件215a、215b所挾住，進(jìn)而將單壓電晶片型元件固定螺釘219a、219b等分別插入隔片的固定孔225a、225b中，定好位置，進(jìn)行單端固定，配置得相互相向平行且高度不同。在隔片的與另一隔片相向的面上也即在壓電體粘貼部222上，在與傳感器臺座214或單壓電晶片型元件固定件215a、215b及隔片211a、211b前端的遮蔽部等不接觸的位置處粘貼著壓電體212a、212b。構(gòu)成單壓電晶片型壓電執(zhí)行元件。紅外線檢測部218配置在傳感器臺座214上單壓電晶片型元件的自由端附近，受到紅外線220的入射或遮斷。彎曲與隔片211a、211b的固定側(cè)相反側(cè)的端部構(gòu)成斷續(xù)紅外線220的遮蔽部，在該部分的平面部分上分別粘貼著重塊213a、213b。在隔片211a、211b的可動部以外的一處即定位部224的一處上安裝有隔片用引線216a、216b，在壓電體212a、212b上在靠近單壓電晶片型元件的固定部的位置處分別安裝著壓電體用引線217a、217b。當(dāng)通過隔片用引線216a、216b及壓電體用引線217a、217b在隔片211a與壓電體212a，隔片211b與壓電體212b之間，分別加有電場時，會使單壓電晶片型元件彎曲，使前端的遮蔽部移動。以同一頻率在相反方向上使2個單壓電晶片型元件振動，斷續(xù)地遮斷紅外線220。一旦這樣做，形成對紅外線的入射通路進(jìn)行開閉，比之前面已有技術(shù)例那樣的槽口平行移動，可使振動幅度小。
壓電體與單壓電晶片型元件的固定部之間的隔片部分上設(shè)有切口部，比之同一尺寸未設(shè)切口部的單壓電晶片型元件能進(jìn)一步降低共振頻率，故比之未設(shè)切口部的結(jié)構(gòu)，可使斬光器小型化，獲得低頻驅(qū)動時的更大的變位量。
可是，具有上述已有技術(shù)改進(jìn)例中的切口部和前端部重塊結(jié)構(gòu)的雙壓電晶片型或單壓電晶片型壓電執(zhí)行元件，通常是在共振頻率附近驅(qū)動的。因此，由于在驅(qū)動時的共振頻率在固體間離散情況下，會產(chǎn)生大的變位量差，為了保持不變，故必須進(jìn)行細(xì)微調(diào)整，和要求高精度的零部件加式及組裝。在時間長久共振頻率發(fā)生變化情況下，變位量發(fā)生顯著變化。上述問題不僅限于已有技術(shù)例的斬光器中，而且?guī)缀跏撬欣霉舱駡龊舷碌膯栴}。
鑒于以上問題，本發(fā)明目的在于提供一種變位更穩(wěn)定、無需細(xì)微調(diào)整、利用共振的壓電執(zhí)行元件及應(yīng)用它的熱電型紅外線傳感器。

發(fā)明內(nèi)容
用于解決上述問題的本發(fā)明的壓電執(zhí)行元件，結(jié)構(gòu)上在其前端部設(shè)有對貼合壓電體和彈性構(gòu)件的壓電體粘貼部擴(kuò)大變位的構(gòu)件，進(jìn)而對用于變位擴(kuò)大的構(gòu)件(變位擴(kuò)大部)在從貼合壓電體的部分(壓電體粘貼部)的前端安裝部向著固定部的方向上進(jìn)行配置，結(jié)構(gòu)上使兩者引起的共振頻率接近，并在兩者的共振頻率之間的頻率上振動。
本發(fā)明的熱電型紅外線傳感器，結(jié)構(gòu)上設(shè)有壓電執(zhí)行元件，近旁的熱電型紅外線檢測部，該壓電執(zhí)行元件作為入射上述紅外線檢測部的紅外線的斷續(xù)入射手段，該壓電執(zhí)行元件結(jié)構(gòu)上，在其前端部設(shè)有對貼合壓電體和彈性構(gòu)件的壓電體粘貼部擴(kuò)大變位的構(gòu)件，進(jìn)而對用于擴(kuò)大變位的構(gòu)件(變位擴(kuò)大部)在從貼合壓電體的部分(壓電體粘貼部)的前端安裝部向著固定部的方向上進(jìn)行配置，結(jié)構(gòu)上使兩者引起的共振頻率接近，并在兩者的共振頻率之間的頻率上振動。
按照上述結(jié)構(gòu)，在從壓電體粘貼部的前端安裝部向著固定部的方向?qū)ψ兾粩U(kuò)大部進(jìn)行配置，故可使整體結(jié)構(gòu)小型化。驅(qū)動頻率為兩者共振頻率之間的頻率，故能獲得多個共振產(chǎn)生的變位擴(kuò)大效果。再有，結(jié)構(gòu)上變位擴(kuò)大部引起的共振頻率比壓電體粘貼部引起的共振頻率高，故在變位擴(kuò)大部前端能得到更穩(wěn)定的時間長久變化小的振動。
附圖概述圖1為表示本發(fā)明第一實施例中壓電執(zhí)行元件結(jié)構(gòu)的立體圖；圖2為本發(fā)明第一實施例結(jié)構(gòu)中壓電執(zhí)行元件的共振特性圖；圖3為本發(fā)明第一實施例結(jié)構(gòu)中壓電執(zhí)行元件的變位特性圖；圖4為表示本發(fā)明第二實施例中壓電執(zhí)行元件結(jié)構(gòu)的立體圖；圖5為表示本發(fā)明第三實施例中壓電執(zhí)行元件結(jié)構(gòu)的立體圖；圖6為表示本發(fā)明第四實施例中壓電執(zhí)行元件結(jié)構(gòu)的立體圖；圖7為表示本發(fā)明第五實施例中壓電執(zhí)行元件結(jié)構(gòu)的立體圖；
圖8為表示本發(fā)明第六實施例中壓電執(zhí)行元件結(jié)構(gòu)的立體圖；圖9為表示本發(fā)明第七實施例中壓電執(zhí)行元件結(jié)構(gòu)的立體圖；圖10為表示本發(fā)明第八實施例中壓電執(zhí)行元件結(jié)構(gòu)的立體圖；圖11為表示本發(fā)明第九實施例中壓電執(zhí)行元件結(jié)構(gòu)的立體圖；圖12為表示本發(fā)明第十實施例中壓電執(zhí)行元件結(jié)構(gòu)的立體圖；圖13為表示已有技術(shù)壓電執(zhí)行元件結(jié)構(gòu)的立體圖；圖14為表示已有技術(shù)壓電執(zhí)行元件另一結(jié)構(gòu)的立體圖；圖15為表示已有技術(shù)壓電執(zhí)行元件中所用隔片的立體圖；圖16為表示本發(fā)明第一實施例中壓電執(zhí)行元件具體結(jié)構(gòu)例的模式圖；圖17為圖16所示壓電執(zhí)行元件的變位特性圖；圖18(a)表示本發(fā)明第一實施例中壓電執(zhí)行元件另一具體結(jié)構(gòu)例的模式圖；圖18(b)為圖18(a)所示壓電執(zhí)行元件的變位特性圖；圖19為表示應(yīng)用本發(fā)明第十實施例中壓電執(zhí)行元件的熱電型紅外線傳感器的結(jié)構(gòu)模式圖；圖20(a)為圖19所示傳感器中驅(qū)動波形圖；圖20(b)為圖19所示傳感器中驅(qū)動特性圖。
(實施例一)下面，說明本發(fā)明第一實施例。
圖1為表示應(yīng)用本發(fā)明第一實施例中單壓電晶片型壓電執(zhí)行元件(actuator)的熱電型紅外線傳感器用斬光器(chopper)一例的立體圖。
圖1中，11為隔片，12為壓電體，13為變位擴(kuò)大部，14為傳感器臺座，15為固定件，16a、16b為固定螺釘，17為隔片引線，18為壓電體引線，19為紅外線檢測部，20為紅外線，21為曲折部，22為結(jié)合部。
將磷青銅等彈性平板曲折成“コ”字狀，形成一體的隔片11和變位擴(kuò)大部13。從結(jié)合部(曲折部分)22起，結(jié)構(gòu)上隔片11及變位擴(kuò)大部13相互平行，和具有同一方向上的長度尺寸。在變位擴(kuò)大部13中，與結(jié)合部22相反的前端，進(jìn)一步形成在隔片11相反側(cè)的呈直角的曲折部21。在隔片11的表面上粘貼壓電體12形成壓電體粘貼部(單壓電晶片型元件)。在與變位擴(kuò)大部13的結(jié)合部相反側(cè)的端部附近，用傳感器臺座14和固定件15挾住隔片11。再在傳感器臺座14上加工陰螺紋，固定件15上加工孔，用固定螺釘16a、16b固定。紅外線檢測部19配置在傳感器臺座14上，并位于上述變位擴(kuò)大部13前端的曲折部附近。分別在隔片11的固定部附近安裝隔片引線17，在與壓電體12粘貼側(cè)相反的表面上靠近隔片11固定部的位置處安裝壓電晶體引線18。這里，當(dāng)通過隔片引線17和壓電體引線18施加交流信號時，隔片11與壓電體12之間產(chǎn)生電位差，與壓電體粘貼部的變位擴(kuò)大部13相結(jié)合的結(jié)合部發(fā)生變位，根據(jù)該變位，變位擴(kuò)大部前端部的曲折部21也發(fā)生變位。由于這一運(yùn)動，斷續(xù)地遮斷了入射到紅外線檢測部19的紅外線20，完成斬光器的任務(wù)。
圖2表示上述結(jié)構(gòu)的壓電執(zhí)行元件(即壓電驅(qū)動器)的共振特性。
圖2為由曲折成コ字狀的隔片和變位擴(kuò)大部構(gòu)成的壓電執(zhí)行元件的一例共振特性?？v軸表示導(dǎo)納(admittance)，橫軸表示驅(qū)動頻率?？煽吹椒謩e在fX和fY的頻率上有共振現(xiàn)象，該fX和fY的共振分別為上述壓電執(zhí)行元件中主要由電壓體粘貼部振動引起的共振或主要由變位擴(kuò)大部振動引起的共振之一，根據(jù)壓電執(zhí)行元件的結(jié)構(gòu)，可相當(dāng)于某一個，而且根據(jù)壓電執(zhí)行元件的結(jié)構(gòu)，還可以改變fX和fY的差。如上所述，可將隔片和變位擴(kuò)大部作成從結(jié)合部起在同一方向上具有長度尺寸的結(jié)構(gòu)，故容易操作fX和fY的相對位置。如變位擴(kuò)大構(gòu)件的長度尺寸不變，而僅改變從壓電體粘貼部的固定部至壓電體的長度情況(也即僅改變壓電體粘貼部長度尺寸的情況)下，先來看壓電體粘貼部長度尺寸在短的狀態(tài)下引起共振頻率相當(dāng)于fY的情況(即壓電體粘貼部引起的共振頻率比變位擴(kuò)大部引起的共振頻率高的情況)，當(dāng)壓電體粘貼部長度尺寸漸漸增長，兩者的共振頻率相對靠近，然后在某個長度上，兩者變?yōu)橐粋€共振頻率的重合狀態(tài)。再來看壓電體粘貼部長度尺寸長的情況，使得兩者相對位置逆轉(zhuǎn)，且變位擴(kuò)大部引起的共振頻率比壓電體粘貼部引起的共振頻率有更高的值。
如上所述情況，結(jié)構(gòu)上使fX與fY之間接近時，變位擴(kuò)大部前端的變位與驅(qū)動頻率的關(guān)系示于圖3。圖3中，縱軸表示變位擴(kuò)大部前端部變位(振幅)，橫軸表示驅(qū)動頻率。橫軸的標(biāo)度約為圖2中的1/3。fX與fY間的驅(qū)動頻率因受兩者共振影響使變位擴(kuò)大，比較變位量，可看到存在其穩(wěn)定的頻率區(qū)。因此，使fX與fY接近，以兩頻率之間的頻率驅(qū)動，能獲得因共振變位擴(kuò)大的效率，和得到穩(wěn)定的振幅。
由于取主要由壓電體粘貼部產(chǎn)生的fX為頻率f1，取主要由變位擴(kuò)大部產(chǎn)生的fY為頻率f2，也即具有主要起因于變位擴(kuò)大部的共振頻率比主要起因于壓電體粘貼部的共振頻率高的結(jié)構(gòu)，故能擴(kuò)大變位，其結(jié)果穩(wěn)定，且確保外加交流信號與變位擴(kuò)大部前端的時間差不變的頻率范圍更寬。
利用一般共振的單壓電晶片型執(zhí)行元件表明變位隨驅(qū)動頻率有大幅度變化。為了穩(wěn)定這種變化，在以偏離共振頻率5％的頻率驅(qū)動的情況下，必須使電壓很高才能獲得同樣大小的變位。與此相反，在具有本實施例結(jié)構(gòu)的壓電執(zhí)行元件中，隔片具有約16mm長度方向的尺寸，變位擴(kuò)大部引起的共振頻率f2約為100Hz，在f1和f2之間用±30V交流驅(qū)動，就能在變位擴(kuò)大部前端在約6Hz區(qū)間上獲得1.1±0.05mm的變位。對于壓電體粘貼部長度尺寸在18mm以下，根據(jù)變位擴(kuò)大部長度尺寸具有f2為120Hz以下結(jié)構(gòu)的壓電執(zhí)行元件，在f2與f1的差約為f2的5-25％之間，也能獲得上述相同效果。即使在5％以內(nèi)也能獲得同樣效果，但這種情況下，驅(qū)動的頻率域變小了。
若言及驅(qū)動電壓的波形，與正弦波相比越接近“矩形”波，對于同樣的電壓值，變位量更大。
圖16為表示上述壓電執(zhí)行元件一例具體形狀的模式圖。
圖16中，11為隔片，12為壓電體，13為變位擴(kuò)大部，14為傳感器臺座，21為曲折部，22為結(jié)合部。
圖中a、b、c、d、e、l，分別表示壓電執(zhí)行元件各部分的尺寸，a為從結(jié)合部22至壓電體12的距離，b為壓電體粘貼部與變位擴(kuò)大部13相互平行位置之間的距離，c為變位擴(kuò)大部13的長度方向尺寸，d為曲折部21的長度，e為壓電體12的長度方向尺寸，l為從壓電執(zhí)行元件的固定部至前端結(jié)合部b的距離。
上述壓電執(zhí)行元件，其共振頻率隨其構(gòu)件的質(zhì)材和各部分尺寸等而變，其各驅(qū)動特性也隨之而變。因此，重要的是適當(dāng)?shù)卮_定其條件以獲得所需特性。用作熱電型紅外線傳感器的斬光器的情況下，驅(qū)動頻率高到傳感器靈敏度下降為止。而在使用低驅(qū)動頻率情況下，壓電執(zhí)行元件的共振頻率也必須下降，此時變得因剛性不足易受外界干擾的影響，或受沖擊易損壞。因此，在預(yù)定共振頻率范圍內(nèi)必須獲得預(yù)定量以上的變位。
在使用磷青銅或鐵系合金作用隔片11及變位擴(kuò)大部13，結(jié)合部22的材料時，a取為0mm至2.5mm，b為取1.2mm至3mm，c取為11mm至15mm，d取為3.5mm至6mm，e取為9mm至14mm，隔片11等的厚度t取為0.03mm至0.08mm，壓電體12的厚度P取為0.05mm至0.12mm，l取為14mm至18mm，分別進(jìn)行調(diào)整，在約60Hz至140Hz的驅(qū)動頻率范圍內(nèi)施加±30V以內(nèi)的驅(qū)動電壓可獲得1.0mm的變位。根據(jù)壓電執(zhí)行元件自身大小及變位量的觀點(diǎn)，尤其在用作熱電型紅外線傳感器的斬光器的情況下，可謀求上述條件的最佳化，能實現(xiàn)更小型高靈敏度的熱電型紅外傳感器。
作為更具體地舉例，將t為0.05mm、寬W為1.0mm至2.2mm的32Ni-5Co-Fe用作隔片11等的材料，并在下面條件下，即a取為0至2mm，b取為1.8mm至2.8mm，c取為12.5至14mm，d取為3.8至4.8mm，e取為10至13mm，p取為0.05至0.12mm，1為取14.5至16.5mm，從而可獲得驅(qū)動頻率在約70Hz至110Hz之間的與上述同樣特性的熱電型紅外線傳感器。32Ni-Co-Fe通常稱為殷鋼，是已知的低熱膨脹率材料。壓電體有比一般金屬低得多的熱膨脹率，貼合時這種差大的情況下，會隨周圍溫度變化發(fā)生彎曲。殷鋼能極大地抑制這種現(xiàn)象，因此，在用作熱電型紅外線傳感器的斬光器情況下，能減輕因斬光器變位位置的溫度依變性引起的傳感器輸出的溫度依變性。而且，殷鋼比其它鐵系材料有較好的可曲性，適用于制作本實施例中壓電執(zhí)行元件的隔片。本實施例中壓電執(zhí)行元件的制作材料與其它材料相比，殷鋼的性質(zhì)介于銅系材料與一般不銹鋼之間，也即其共振頻率介于兩材料之間。殷鋼比一般鐵系材料有柔性，易于變位，且比銅系材料有剛性，抗外界干擾強(qiáng)，因此，非常適合于熱電型紅外線傳感器用斬光器的構(gòu)成材料。
圖17為表示本實施例壓電執(zhí)行元件中從同一壓電執(zhí)行元件的固定端至結(jié)合部前端的長度變化時，變位擴(kuò)大部前端的變位量與驅(qū)動頻率的關(guān)系的一特性例。
圖17中，1-1、l-2、l-3分別表示壓電執(zhí)行元件固定端至結(jié)合部前端的預(yù)定長度，長度自大至小為l-3、l-2、l-1。各長度的變位與驅(qū)動頻率的關(guān)系表示為預(yù)定驅(qū)動頻率中變位量的最低值，比其高的驅(qū)動頻率或低的驅(qū)動頻率的變位量增大。也即，低驅(qū)動頻率側(cè)靠近壓電體粘貼部引起振動的共振頻率f1，高側(cè)驅(qū)動頻率靠近變位擴(kuò)大部振動引起的共振頻率f2。兩頻率共振中的變位量不等，f2側(cè)變位量大。當(dāng)使壓電執(zhí)行元件的長度從l-1向l-2、l-3變化時，f1漸漸向低值移動，f2比f1其移動量小，隨著上述變化，穩(wěn)定區(qū)的變位量因兩共振相隔遠(yuǎn)的影響而減少，可是f2的值及其附近的變位量，減少的幅度更小。因此，l-1、l-2、l-3的各個特性相互交叉的驅(qū)動頻率，基本上相當(dāng)接近，且變位量也為相近的值。也即，若用該驅(qū)動頻率驅(qū)動壓電執(zhí)行元件，則安裝誤差在l-1至l-3之間，可得到大致相同的變位量。進(jìn)一步而言，對于某長度的穩(wěn)定區(qū)的變位量，具有更長形狀的電壓執(zhí)行元件產(chǎn)生大致同等程度的變位。此時的驅(qū)動變成壓電執(zhí)行元件穩(wěn)定區(qū)及比穩(wěn)定區(qū)更高頻率的驅(qū)動。假定取比1-1還短的尺寸，也可以比穩(wěn)定區(qū)中變位量最低的驅(qū)動頻率還低的頻率進(jìn)行驅(qū)動，可是，此時壓電體粘貼部引起的共振占主體，隔片和與壓電體粘貼的粘貼層或壓電體身自中產(chǎn)生的變形增大，但可靠性不好。相反，隨著接近變位擴(kuò)大部的共振，使上述影響減輕，因此，可靠性更傾向于依變于彈性金屬體的強(qiáng)度。其結(jié)果確保變位擴(kuò)大部變位量的強(qiáng)度，通過變位穩(wěn)定區(qū)附近及更高頻率的驅(qū)動，而具有更高的可靠性，并獲得穩(wěn)定變位的驅(qū)動。具體而言，在使用殷鋼的上述壓電執(zhí)行元件中，l為16mm，驅(qū)動頻率為85Hz，獲得變位量為1.2mm情況下，即使l變?yōu)?6.5mm，也能保證1.1mm左右的變位量。因此，通過使用上述結(jié)構(gòu)和驅(qū)動方法，使容易安裝壓電執(zhí)行元件，并能獲得穩(wěn)定的特性，進(jìn)而提高了可靠性。但是要注意，1有某個最大值，若比該l短，會出現(xiàn)變位減小現(xiàn)象。
上述現(xiàn)象，不僅本實施例形狀的壓電執(zhí)行元件而且在具有同樣結(jié)構(gòu)及驅(qū)動方法的壓電執(zhí)行元件中，也表明有同樣的現(xiàn)象，這一點(diǎn)是容易想像到的。
圖18(a)，(b)為本實施例壓電執(zhí)行元件中，同一壓電執(zhí)行元件部分彎曲角度變化情況下，變位擴(kuò)大部前端的變位量與驅(qū)動頻率關(guān)系例的模式圖及特性圖。
圖18(a)中，11為隔片，12為壓電體，13為變位擴(kuò)大部，14為傳感器臺座，21為曲折部，22為結(jié)合部。
圖18(a)中壓電執(zhí)行元件的結(jié)構(gòu)與前述由彈性金屬體彎折形成的結(jié)構(gòu)相同。設(shè)隔片11與結(jié)合部22的夾角為α，結(jié)合部22與變位擴(kuò)大部13的夾角為β，變位擴(kuò)大部13與曲折部22的夾角為γ。本實施例中α、β、γ各自大致為90°，這些值，會因加工時的彎曲誤差，或與傳感器組合單元化時結(jié)構(gòu)上的安排等，有意形成各種角度。在同一尺寸形狀的壓電執(zhí)行元件中，這些角度化會引起種種特性變化，在隨意設(shè)定角度時必須注意這一點(diǎn)。例如，研究一下α，其特性變化如圖18(b)所示。
在圖18(b)中，α-1、α-2、α-3表示α的各個值，設(shè)α-1為90°，α-2比90°小，α-3比90°大。此時，隔片11與變位擴(kuò)大部13始終平行，且從固定部至前端的長度，變位擴(kuò)大部13或曲折部21，結(jié)合部22，壓電體12等，除角度以外，其它結(jié)構(gòu)構(gòu)件的尺寸完全不變(相同)。圖18(b)表示這種情況下各α的變位擴(kuò)大部前端的變位與驅(qū)動頻率的關(guān)系。各個變位具有與前述同樣的穩(wěn)定區(qū)，隨著驅(qū)動頻率遠(yuǎn)離該穩(wěn)定區(qū)，變位擴(kuò)大至兩共振點(diǎn)。比較各變位，具有最大變位的α值是α-1，且，α-1與α-3的差別相對于α-1與α-2的差別要大。也即，α為90°以下比之α為90°以上能減小變位特性的減少，對于90°的設(shè)計值，若將曲折誤差取在比90°小的方向上，就能減輕固體間的特性離散。第一具體例子，在用本實施例殷鋼構(gòu)成的壓電執(zhí)行元件中，對于α為90°時變位量為1.1mm，80°時則為1.05mm，100°時則為0.95mm。
對于β，同樣與β為90°時的共振頻率相比，對于β的離散共振頻率離散的幅度的最小值在90°附近，β為90°以上相對于90°以下其共振頻率的變動幅度小。因此，取變位擴(kuò)大部與結(jié)合部的夾角為鈍角，可抑制共振頻率的離散，并能穩(wěn)定固體間的特性。此外，取變位擴(kuò)大部與結(jié)合部的夾角為鈍角，增加了變位擴(kuò)大部前端與隔片的相對距離，避免了兩者的接觸，從而能獲得更大的變位量。
如上所述，本實施例壓電執(zhí)行元件的共振為變位擴(kuò)大部引起的共振及壓電體粘貼部引起的共振，驅(qū)動中兩振動相互不完全獨(dú)立，一個振動大，另一個就振動小，因此，變位擴(kuò)大部中得到的變位量是這兩個振動的復(fù)合。從幅寬觀點(diǎn)看，存在著通過結(jié)構(gòu)激振上述2個以外的共振，如在變位擴(kuò)大部前端的曲折部中產(chǎn)生共振，或其它不用于驅(qū)動的在驅(qū)動頻率附近激振的共振等情況。然而，與實際使用的頻率距離已足夠遠(yuǎn)，即使在使用頻率內(nèi)產(chǎn)生不需要的共振，也由于其規(guī)模小而無任何干擾，可進(jìn)行與本實施例相同的驅(qū)動。
如上所述，由于采用上述本實施例結(jié)構(gòu)的壓電執(zhí)行元件，故能利用共振進(jìn)行更低電壓穩(wěn)定的驅(qū)動，并使驅(qū)動及組裝、構(gòu)件的加工變得很容易。由于是曲折結(jié)構(gòu)，故整體長度尺寸小型化，通過將這種結(jié)構(gòu)用作熱電型紅外線傳感器的斬光器，獲得傳感器整體小型化。由于固定于與紅外線檢測部同一的臺座，故能簡便地與紅外線檢測部一體化，此外，由于能在紅外線檢測部附近進(jìn)行開閉，故能減少開閉面積并能減輕斬光器的負(fù)擔(dān)。再有，由于是低電壓驅(qū)動，故能減少來自壓電體的噪聲對紅外線檢測部的影響。
與已有共振方式相比共振頻率附近的振動是穩(wěn)定的，由于能以低電壓驅(qū)動，故即使在實際制造時存在種種偏差，也能被吸收掉。
在本實施例中，雖使用將壓電體僅粘貼于隔片單面作為壓電體粘貼部的單壓電晶片型元件，不言而喻，使用兩面粘貼的雙壓電晶片型元件也能具有同樣的效果。根據(jù)結(jié)構(gòu)，也可以同時固定隔片和壓電體。當(dāng)然，在本實施例中僅在與粘貼壓電體的面相反的面上粘貼壓電體，也能獲得同樣的效果。
(實施例二)圖4為表示本發(fā)明第二實施例中使用單壓電晶片型壓電執(zhí)行元件的熱電型紅外線傳感器用斬光器一例立體圖。
圖4中，41為隔片，42為壓電體，43為變位擴(kuò)大部，44為傳感器臺座，45為固定件，46a、46b為固定用螺釘，47為隔片引線，48為壓電體引線，49為紅外線檢測部，50為紅外線，51為曲折部，52為結(jié)合構(gòu)件。隔片41及變位擴(kuò)大部43分別由其它構(gòu)件的彈性體平板構(gòu)成，兩者的一端分別通過結(jié)合構(gòu)件52被結(jié)合著。隔片41和變位擴(kuò)大部43，結(jié)構(gòu)上相互從上述結(jié)合構(gòu)件平行，在同一方向上有長度尺寸。
其它構(gòu)成與圖1所示實施例一相同，其效果也與實施例一相同。此同，隔片41和變位擴(kuò)大部43由各個構(gòu)件構(gòu)成，通過結(jié)合構(gòu)件相結(jié)合，為此，能分別任意選擇隔片和變位擴(kuò)大部的質(zhì)材或尺寸，故能根據(jù)共振頻率的設(shè)定、變位及強(qiáng)度等方面進(jìn)行更寬范圍的設(shè)計。組裝中，壓電體的粘貼更容易，之比曲折制造能緩解結(jié)合部的應(yīng)力集中。此外，通過結(jié)合構(gòu)件的重塊，使壓電體粘貼部引起的共振頻率f1下降，比之變位擴(kuò)大部引起的共振頻率f2容易設(shè)定在低值上，有助于長度尺寸的小型化，和穩(wěn)定驅(qū)動。
此時，沿著結(jié)合構(gòu)件粘貼于壓電體粘貼部的壓電體長度方向，結(jié)構(gòu)上使一部分52a位于壓電體的粘貼范圍內(nèi)，比之壓電體粘貼部前端位于壓電體粘貼范圍外，能緩和壓電體與隔片間的粘貼層受到的應(yīng)力，因此，能防止壓電體脫落。
(實施例三)圖5為表示本發(fā)明第三實施例中使用單壓電晶片型壓電執(zhí)行元件的熱電型紅外線傳感器用斬光器一例立體圖。
圖5中，61為隔片，62為壓電體，63為變位擴(kuò)大部，64為傳感器臺座，65為固定件，66a、66b為固定螺釘，67為隔片引線，68為壓電體引線，69為紅外線檢測部，70為紅外線，71為遮斷紅外線的曲折部。隔片61及變位擴(kuò)大部63由同一彈性平板構(gòu)成一體，兩者間彎折形成銳角72。
其它結(jié)構(gòu)與圖1所示實施例1相同，其效果也與實施例1相同。此外，將隔片與變位擴(kuò)大部呈銳角形狀，從而能用較少部件和加工作成結(jié)構(gòu)，另外，由于銳角曲折部分72遠(yuǎn)離紅外線的入射光路，故能防止壓電體結(jié)合部的運(yùn)動妨礙紅外線入射紅外線檢測部的問題。在同一形狀的變位擴(kuò)大部中，尤其能使壓電體粘貼部振動引起的共振頻率f1隨角度而變。角度大時壓電體粘貼部振動引起的共振頻率下降。高頻率驅(qū)動情況下，最好取小角度，50Hz以上驅(qū)動時，希望折成銳角在45°以內(nèi)，這樣效果顯著。
(實施例四)圖6為表示本發(fā)明第四實施例中使用單壓電晶片型壓電執(zhí)行元件作為熱電型紅外線傳感器用斬光器一例立體圖。
圖6中，81為隔片，82為壓電體，83為變位擴(kuò)大部，84為傳感器臺座，85為固定件，86a、86b為固定螺釘，87為隔片引線，88為壓電體引線，89為紅外線檢測部，90為紅外線，91為曲折部。隔片81及變位擴(kuò)大部83由同一彈性平板構(gòu)成一體，兩者間的結(jié)合部92具有作為斬光器開閉距離的1/4以上的曲率半徑。其它結(jié)構(gòu)與圖1所示實施例1相同，其效果也與實施例一相同，此外，使隔片與變位擴(kuò)大部的結(jié)合部92具有適當(dāng)?shù)那?，從而緩解了結(jié)合部受到的應(yīng)力集中，提高了機(jī)械可靠性。在隔片和變位擴(kuò)大部有平行結(jié)構(gòu)情況下，曲率半徑至少取為斬光器開閉距離的1/4以上，從而能防止兩者驅(qū)動中的沖突。這種結(jié)構(gòu)可與上述隔片與變位擴(kuò)大部構(gòu)成一體并取銳角結(jié)構(gòu)情況合并使用。
(實施例五)圖7為表示本發(fā)明第五實施例中使用單壓電晶片型壓電執(zhí)行元件的熱電型紅外線傳感器用斬光器一例立體圖。
圖7中，101為隔片，102為壓電體，103為變位擴(kuò)大部，104為傳感器臺座，105為固定件，106a、106b為固定螺釘，107為隔片引線，108為壓電體引線，109為紅外線檢測部，110為紅外線，111為曲折部，112為重塊。將彈性平板彎折成コ字狀使隔片101和變位擴(kuò)大部103形成一體，且隔片101及變位擴(kuò)大部103在結(jié)構(gòu)上從結(jié)合部相互平行并具有同方向的長度尺寸。隔片101的上述結(jié)合部附近，與變位擴(kuò)大部103相對的相反面上安裝有重塊112。
其它結(jié)構(gòu)與圖1所示實施例一相同，其效果也與實施例一相同。此外，電壓體粘貼部可動部前端附近配有重塊，主要使壓電體粘貼部振動引起的共振頻率f1下降，比之變位擴(kuò)大部振動引起的共振頻率f2更容易降低作為共振頻率進(jìn)行設(shè)定，因此，容易獲得穩(wěn)定的驅(qū)動。通過設(shè)置重塊使共振頻率下降，比之不設(shè)置重塊而以長度尺寸調(diào)整共振頻率的情況，能使整體形狀小型化。
重塊的安裝位置也可以不在前端附近，但同一重塊，越靠近前端部對共振頻率影響越大。本實施例中，雖將重塊安裝于壓電體粘貼面的同一面，但不言而喻，代之將其安裝于相反而上，也能獲得同樣的效果。此時，若沿壓電體長度方向安裝重塊，使其一部分或全部位于壓電體粘貼范圍內(nèi)，能減輕安裝重塊引起的隔片與壓電體的粘貼層受到的應(yīng)力負(fù)擔(dān)，并能防止壓電體脫落。
(實施例六)圖8為表示本發(fā)明第六實施例中使用單壓電晶片型壓電執(zhí)行元件的熱電型紅外線傳感器用斬光器一例立體圖。
圖8中，121為隔片，122為壓電體，123為變位擴(kuò)大部，124為傳感器臺座，125為固定件，126a、126b為固定螺釘，127為隔片引線，128為壓電體引線，129為紅外線檢測部，130為紅外線，131為曲折部，132為切口部。結(jié)構(gòu)上，將彈性平板彎曲成コ字狀使隔片121和變位擴(kuò)大部123形成一體，且隔片121及變位擴(kuò)大部123從結(jié)合部相互平行延伸并在同一方向上具有長度尺寸。在隔片121的另一端由傳感器臺座124和固定件125所挾持的部分中，具有切口部132，寬度變窄。
其它結(jié)構(gòu)與圖1所示實施例一相同，其效果也與實施例一相同。此外，在結(jié)構(gòu)上，在壓電體粘貼部的固定部或壓電體粘貼部的可動部靠近固定部的地方，具有寬度方向上的切口，故可主要降低壓電體粘貼部振動引起的共振頻率f1來設(shè)定共振頻率，比之降低變位擴(kuò)大部振動引起的共振頻率f2要容易，因此，容易得到穩(wěn)定的驅(qū)動，有助于長度尺寸的小型化。
(實施例七)圖9為表示本發(fā)明第七實施例中使用單壓電晶片型壓電執(zhí)行元件的熱電型紅外線傳感器用斬光器一例立體圖。
圖9中，141為隔片，142為壓電體，143為變位擴(kuò)大部，144為傳感器臺座，145為固定件，146a、146b、為固定螺釘，147為隔片引線，148為壓電體引線，149為紅外線檢測部，150為紅外線，151為曲折部，152為孔部。結(jié)構(gòu)上，將彈性平板彎折成コ字狀，使隔片141和變位擴(kuò)大部143形成一體，且隔片141及變位擴(kuò)大部143從結(jié)合部平行延伸，并在同一方向上具有長度尺寸。在隔片141另一端由傳感器臺座144和固定件145所挾持的部分上具有孔部152。
其它結(jié)構(gòu)與圖1所示實施例一相同，其效果也與實施例一相同。此外，結(jié)構(gòu)上，在壓電體粘貼部的固定部或壓電體粘貼部的可動部中固定部附近具有孔部，故主要通過降低壓電體粘貼部振動引起的共振頻率f1來設(shè)定共振頻率，比之降低變位擴(kuò)大部振動引起的共振頻率f2要容易，因此，容易獲得穩(wěn)定的驅(qū)動，并有助于長度尺寸的小型化。
對于扭應(yīng)力，比之通過切口等縮小寬度方向尺寸的形狀，更穩(wěn)定，對于以長度方向為軸的旋轉(zhuǎn)振動模式具有更強(qiáng)的抗發(fā)生能力，因此，提高了機(jī)械的可靠性，毋庸置言，同樣的孔及實施例7中所述切口也可設(shè)在變位擴(kuò)大部上，并且此時構(gòu)成容易獲得各個預(yù)定共振頻率的手段，來增加壓電體粘貼部和可動部小型化時的共振頻率。
(實施例八)圖10為表示本發(fā)明第八實施例中使用單壓電晶片型執(zhí)行元件的熱電型紅外線傳感器用斬光器一例立體圖。
圖10中，161為隔片，162為壓電體，163為變位擴(kuò)大部，164為傳感器臺座，165為固定件，166a、166b為固定螺釘，167為隔片引線，168為壓電體引線，169為紅外線檢測部，170為紅外線，171為曲折部。結(jié)構(gòu)上將彈性平板彎折成コ字狀，使隔片161與變位擴(kuò)大部163形成一體，且它們從結(jié)合部172相互平行延伸，并在同一方向上有長度尺寸。隔片161從上述結(jié)合部172向著固定端，其寬度越來越窄。同樣，變位擴(kuò)大部163從結(jié)合部172向著另一端，其寬度也越來越窄。具有沿隔片161外形形狀的壓電體162粘貼于隔片161上。
其它結(jié)構(gòu)與圖1實施例一相同，其效果也與實施例一相同。此外，由于使壓電體粘貼部的可動部的外形從與變位擴(kuò)大部結(jié)合的結(jié)合部向著固定部越來越窄，故壓電體粘貼部振動引起的共振頻率f1與不變寬度情況相比，其值變低。相反，在變位擴(kuò)大部中，使得從結(jié)合部向著另一端外形尺寸越來越窄，這樣，變位擴(kuò)大部振動引起的共振頻率f2比之外形尺寸寬度不變情況，其值變高。因此，比之壓電體粘貼部引起的共振頻率f1能夠比較容易將變位擴(kuò)大部引起的共振頻率f2設(shè)定得高，故能獲得穩(wěn)定的驅(qū)動，與外形不變情況相比，能使長度尺寸小型化。在本實施例中，雖壓電體粘貼部與變位擴(kuò)大部的兩側(cè)都有外形變化，但代之具有任一側(cè)變化的結(jié)構(gòu)，當(dāng)然可獲得同樣的效果。
(實施例九)圖11為表示本發(fā)明第九實施例中使用單壓電晶片型壓電執(zhí)行元件的熱電型紅外線傳感器用斬光器一例立體圖。
圖11中，181為隔片，182為壓電體，183為變位擴(kuò)大部，184為傳感器臺座，185為固定件，186a、186b為固定螺釘，187為隔片引線，188為壓電體引線，189為紅外線檢測部，190為紅外線，191為曲折部。結(jié)構(gòu)上，將彈性平板彎折成コ字狀，使隔片181和變位擴(kuò)大部183形成一體，且使它們從結(jié)合部相互平行延伸并在同一方向上具有長度尺寸。變位擴(kuò)大部183，在與隔片181結(jié)合的結(jié)合部相反側(cè)一端附近，具有孔部192。
其它結(jié)構(gòu)與圖1所示實施例一相同，其效果也與實施例一相同。此外，變位擴(kuò)大部的曲折部附近具有孔部，故變位擴(kuò)大部183振動引起的共振頻率f2具有更高的值，比之壓電體粘貼部振動引起的共振頻率f1能夠容易確保有更高的值，其結(jié)果有利于變位的穩(wěn)定，比之未設(shè)孔部而有相同共振頻率的情況，有助于整體形狀的小型化?？撞坎辉谇鄄扛浇灿行Ч?，離開與壓電體粘貼部結(jié)合的結(jié)合部越遠(yuǎn)，其效果也越大。
結(jié)構(gòu)上也可取實施例5至9所述結(jié)構(gòu)的組合結(jié)構(gòu)，這樣能獲得比上述效果更大的效果。
(實施例十)圖12為表示本發(fā)明第十實施例中使用單壓電晶片型壓電執(zhí)行元件的熱電型紅外線傳感器用斬光器一例立體圖。
圖12中，231為隔片，232為壓電體，233為變位擴(kuò)大部，234為傳感器臺座，235a、235b為固定件，237為隔片引線，238為壓電體引線，239為紅外線檢測部，240為紅外線，241為曲折部。
結(jié)構(gòu)上將磷青銅或不銹鋼合金等彈性平板彎折成コ字狀，使隔片231和變位擴(kuò)大部233形成一體，且它們從結(jié)合部相互平行延伸并在同一方向上具有長度尺寸。變位擴(kuò)大部233中與結(jié)合部相反的前端，在與隔片231相反側(cè)直角形成曲折部241。隔片231表面上粘貼壓電體232，形成壓電體粘貼部(單壓電晶片型元件)。隔片231，在與變位擴(kuò)大部233相結(jié)合的結(jié)合部242的相反側(cè)端部附近，被固定件235a、235b挾持固定。傳感器臺座234及固定件245a、235b安裝于覆蓋傳感器四周的剛體箱等內(nèi)，曲折部241位于配設(shè)有傳感器臺座234上的紅外線檢測部239的附近，變位擴(kuò)大部233具有從曲折部241沿入射紅外線檢測部239的紅外線240前進(jìn)方向側(cè)在長度方向上延伸的結(jié)構(gòu)。
其它結(jié)構(gòu)與圖1所示實施例一相同，其效果也與實施例一相同。此外，將從曲折部延伸的變位擴(kuò)大部的長度方向取為與入射紅外線前進(jìn)方向同方向(平行)的結(jié)構(gòu)，能夠使紅外線檢測部位于比壓電體粘貼部與變位擴(kuò)大部相結(jié)合的結(jié)合部更靠近紅外線240的位置上，作為斬光器驅(qū)動時，能防止與曲折部振動同時發(fā)生的結(jié)合部242的振動妨礙紅外線240的前進(jìn)，能進(jìn)行更穩(wěn)定的紅外線檢測。由于上述結(jié)構(gòu)，故能與變位擴(kuò)大部的長度方向重合配置紅外線檢測部或傳感器臺座，能有效利用體積，因此，能使傳感器整體尺寸小型化。在具有實施例1至9特征的任一個斬光器中也同樣可用上述結(jié)構(gòu)，并具有同樣的效果。
圖19、圖20(a)、(b)，為表示本發(fā)明第十實施例中將單壓電晶片型壓電執(zhí)行元件用作斬光器的熱電型紅外線傳感器一例的模式圖及驅(qū)動波形圖，驅(qū)動特性圖。
圖19中，251為隔片，252為壓電體，253為變位擴(kuò)大部，254為固定部，255為曲折部a，256為結(jié)合部，257為曲折部b，258為溫度檢測器，259為紅外線檢測部。
與上述實施例十相同，用隔片251、壓電體252、變位擴(kuò)大部253、固定部254、曲折部a255、結(jié)合部256構(gòu)成壓電執(zhí)行元件，其涉及的共振頻率或驅(qū)動用頻率也相同。紅外線檢測部259，通過將檢測紅外線的元件部封入圓筒形盒與透過紅外線的窗內(nèi)而構(gòu)成，并安裝于曲折部a255附近，借助曲折部a255的動作切斷或通過入射的紅外線，完成斬光器的功能。熱電型紅外線傳感器是一種由入射紅外線引起溫度變化的傳感器，即，在斬光器與檢測部中僅檢測輸出溫度差，但不能確知測定物的實際溫度值。這里，使用熱敏電阻等溫度檢測器258來確知實際溫度值。溫度檢測器258通常安裝在斬光器的附近，測定斬光器自身的溫度。檢測部中出現(xiàn)的溫度變化是由斬光器與測定物的溫度差引起的，通過取斬光器自身溫度為基準(zhǔn)，就能確定測定物的實際溫度。
構(gòu)成斬光器的隔片251和壓電體252的單壓電晶片型貼合元件具有通常溫度特性，也即，由隔片251與壓電體252的熱膨脹率的差產(chǎn)生彎曲。即斬光器周圍溫度上升情況下，作為斬光器的壓電執(zhí)行元件從圖19的初始狀態(tài)向著與粘貼壓電體252側(cè)相反方向產(chǎn)生彎曲，結(jié)果曲折部a255向曲折部b257移動。驅(qū)動時的變位位置也大致被控制在這一移動上。因此，斬光器周圍溫度變化時會使紅外線的開閉發(fā)生變化，從而影響到溫度檢測的精度，在某種情況下不能忽視這種影響。對此，可通過增大驅(qū)動電壓使斬光器的變位量增加直至消除溫度特性的影響的方法，來減輕彎曲的影響。如果僅使電壓變化能夠校正因溫度特性的移動量，而不是使電壓整體增大，能將上述應(yīng)響抑制到最小。
圖20(a)、(b)為表示用于校正作為斬光器的貼合元件型壓電執(zhí)行元件溫度特性使驅(qū)動電壓波形變化情況例的特性圖。圖20(a)、(b)中，縱軸表示驅(qū)動電壓值，橫軸表示時間。圖20(a)為一般矩形波驅(qū)動的波形，以正、負(fù)相等的電壓值驅(qū)動，且一周內(nèi)正、負(fù)值時間各半。與此相比，圖20(b)為正方向加有偏壓、正負(fù)非對稱情況例。利用加偏壓的效果使壓電執(zhí)行元件始終有彎曲。也即，利用這一點(diǎn)，若調(diào)整驅(qū)動電壓使得在因溫度特性產(chǎn)生彎曲的相反側(cè)產(chǎn)生彎曲，就能使兩個彎曲抵消并在原來位置上進(jìn)行變位。用于檢測溫度的熱電型紅外線傳感器，如前所述，具有斬光器的溫度檢測手段，利用其測定溫度能有效地減輕溫度特性引起的彎曲。例如，若取某個溫度時的前端部的位置為基準(zhǔn)，并能將因周圍溫度變化產(chǎn)生的前端部的移動量作為預(yù)知信息并獲得之，則將斬光器的測定溫度的信息給與驅(qū)動電壓僅增加所需量的偏壓，就能抵消斬光器的彎曲。而且，不加偏壓而改變正負(fù)電壓量的比，也能獲得同樣的效果。作為舉例，本實施例一記載的殷鋼制作的壓電執(zhí)行元件，從25℃至60℃，存在彎曲0.1mm左右的情況，為了抵消該彎曲，按照與該彎曲相反方向中變位那樣施加10V偏壓，就能減輕約0.05mm的彎曲。進(jìn)而，同時改變整體電壓量和使驅(qū)動電壓非對稱，在減輕某溫度特性引起彎曲的影響向方向能獲得更大的效果。尤其是本發(fā)明中壓電執(zhí)行元件，驅(qū)動電壓小，且變位穩(wěn)定，故上述調(diào)整容易進(jìn)行。
溫度檢測用熱電型紅外線傳感器，由于通常具有斬光器的溫度檢測手段，故無需再附加該手段，根據(jù)采用上述斬光器驅(qū)動方法，由于能進(jìn)行更穩(wěn)定的紅外線開閉，故能提高溫度檢測用熱電型紅外線傳感器的精度。
工業(yè)應(yīng)用性如上所述，本發(fā)明的壓電執(zhí)行元件，在貼合有單或雙壓電晶片型等壓電體粘貼部的自由端上接續(xù)有變位擴(kuò)大部，且結(jié)構(gòu)上，變位擴(kuò)大部的前端比之壓電體粘貼部的前端部處于更靠近固定部的位置，壓電體粘貼部振動引起的共振頻率和變位擴(kuò)大部振動引起的共振頻率靠近并使之振動，故能縮小整體長度方向上的尺寸。且對于將該壓電執(zhí)行元件用作斬光器的熱電型紅外線傳感器能使其整體小型化。
壓電體粘貼部振動引起的共振頻率和變位擴(kuò)大部振動引起的共振頻率相互接近，用兩者之間的頻率驅(qū)動上述壓電執(zhí)行元件，由于兩者共振影響，故能擴(kuò)大變位擴(kuò)大部前端的變位。同時，驅(qū)動頻率在兩共振頻率之間，故變位量存在比較穩(wěn)定的區(qū)域，由于在該區(qū)域中驅(qū)動，故能以低電壓驅(qū)動。因此，能減輕共振時變位的不穩(wěn)定性，從而獲得穩(wěn)定的變位特性。
再有，變位擴(kuò)大部振動引起的共振頻率設(shè)定得比壓電體粘貼部振動引起的共振頻率高，故有更寬的穩(wěn)定變位。同時，在上述頻率區(qū)域內(nèi)，能擴(kuò)大使驅(qū)動信號與變位擴(kuò)大機(jī)構(gòu)變位的時間差基本保持不變的范圍，因此，使驅(qū)動信號與變位輸出間的調(diào)整變得很容易。
將該壓電執(zhí)行元件用作熱電型紅外線傳感器的斬光器，故能隨著利用共振的變位擴(kuò)大，縮小斬光器的整體形狀。同時，由于變位量穩(wěn)定，故能穩(wěn)定進(jìn)行斬光器的開閉，繼而提高了傳感器的輸出精度，長時間觀察，提高了可靠性。
此外，通過對壓電執(zhí)行元件結(jié)構(gòu)構(gòu)件的彈性金屬材料及彎曲加工的尺寸最佳化，從而具有大的變位量，同時具有適用于熱電型紅外線傳感器用斬光器的開閉頻率，且對于組裝離散影響小，并能提供可穩(wěn)定生產(chǎn)的壓電執(zhí)行元件。再有，由于取驅(qū)動頻率在變位穩(wěn)定區(qū)附近及比穩(wěn)定區(qū)更高的頻率，故固定位置幾乎不影響變位量，而且對于壓電體粘貼部可減輕負(fù)荷進(jìn)行驅(qū)動。因此，能防止壓電體破裂或脫落，能進(jìn)一步提高生產(chǎn)率，可靠性。
此外，由于使驅(qū)動本發(fā)明的壓電執(zhí)行元件的電壓隨斬光器溫度而變，故能實現(xiàn)不受溫度影響的溫度檢測用熱電型紅外線傳感器。本發(fā)明的壓電執(zhí)行元件比一般使用共振的貼合元件型壓電執(zhí)行元件，驅(qū)動電壓要低，且變位穩(wěn)定，因此，上述操作非常容易。
再有，壓電體粘貼部的固定部附近設(shè)有切口或壓電體粘貼部前端附近安裝有重塊，或其外形隨著接近固定部變細(xì)，故能主要降低壓電體粘貼部振動引起的共振頻率。進(jìn)而在變位擴(kuò)大部前端設(shè)有孔，故能使變位擴(kuò)大部振動引起的共振頻率值上升。通過采取上述這些措施，能容易并進(jìn)一步使長度尺寸小型化，能將變位擴(kuò)大部振動引起的共振頻率設(shè)定得比壓電體粘貼部振動引起的共振頻率高，其結(jié)果，能構(gòu)成小型高精度的熱電型紅外線傳感器。
權(quán)利要求
1.一種壓電執(zhí)行元件，其特征在于，具有壓電體粘貼部和變位擴(kuò)大部；所述壓電體粘貼部，相對于平板狀的彈性構(gòu)件，將平板狀壓電體粘貼于上述彈性構(gòu)件的單面或兩面，構(gòu)成貼合元件，將上述貼合元件的一端取作由固定構(gòu)件固定的固定端，將電場施加于上述貼合元件使該貼合元件彎曲運(yùn)動，并使未固定側(cè)的一端振動；所述變位擴(kuò)大部，與上述壓電體粘貼部的未固定側(cè)一端部附近的彈性構(gòu)件或壓電體結(jié)合，與該結(jié)合部相反側(cè)的前端部，與上述結(jié)合部相比，位于靠近上述壓電體粘貼部的固定端；使從上述固定端至上述結(jié)合部的壓電體粘貼部振動引起的共振頻率f1與上述變位擴(kuò)大部振動引起的共振頻率f2的差小并在上述f1與f2之間的頻率中使之振動。
2.如權(quán)利要求1所述的壓電執(zhí)行元件，其特征在于，f1與f2的差在高側(cè)頻率的20％以內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1所述的壓電執(zhí)行元件，其特征在于，壓電體粘貼部與變位擴(kuò)大部由相互獨(dú)立的各自構(gòu)件構(gòu)成，結(jié)構(gòu)上使上述壓電體粘貼部與上述變位擴(kuò)大部在上述壓電體粘貼部前端部附近直接或通過其它構(gòu)件相結(jié)合。
4.如權(quán)利要求1-3任一權(quán)利要求所述的壓電執(zhí)行元件，其特征在于，f2比f1高。
5.如權(quán)利要求4所述的壓電執(zhí)行元件，其特征在于，壓電體粘貼部的長度尺寸在18mm以下，f2在120Hz以下，f1與f2的頻率差在高側(cè)頻率的25％以內(nèi)。
6.如權(quán)利要求2所述的壓電執(zhí)行元件，其特征在于，通過壓電體粘貼部與變位擴(kuò)大部之間的兩部分和另外的構(gòu)件將壓電體粘貼部與變位擴(kuò)大部兩者結(jié)合，且所述結(jié)合構(gòu)件沿所述壓電體粘貼部長度尺寸全部或部分地位于壓電體粘貼部中粘貼于平板狀彈性構(gòu)件的壓電體的粘貼范圍內(nèi)。
7.如權(quán)利要求1-6任一權(quán)利要求所述的壓電執(zhí)行元件，其特征在于，所述壓電執(zhí)行元件用作入射紅外線傳感器的紅外線斷續(xù)入射手段。
8.如權(quán)利要求7所述的壓電執(zhí)行元件，其特征在于，壓電體粘貼部與變位擴(kuò)大部相互成銳角結(jié)合。
9.如權(quán)利要求8所述壓電執(zhí)行元件，其特征在于，壓電體粘貼部與變位擴(kuò)大部成45°內(nèi)結(jié)合，使之振動的頻率在50Hz以上。
10.如權(quán)利要求7所述的壓電執(zhí)行元件，其特征在于，以圓弧狀彎曲彈性構(gòu)件作成壓電體粘貼部和變位擴(kuò)大部。
11.如權(quán)利要求7所述的壓電執(zhí)行元件，其特征在于，在壓電體粘貼部與變位擴(kuò)大部之間的結(jié)合部附近安裝有重塊。
12.如權(quán)利要求7所述的壓電執(zhí)行元件，其特征在于，在壓電體粘貼部的固定端或其附近的平板狀彈性構(gòu)件上設(shè)有切口。
13.如權(quán)利要求7所述的壓電執(zhí)行元件，其特征在于，在壓電體粘貼部的固定端或其附近的平板狀彈性構(gòu)件上設(shè)有孔。
14.如權(quán)利要求7所述的壓電執(zhí)行元件，其特征在于，壓電體粘貼部的寬度隨著從固定端側(cè)向與變位擴(kuò)大部相結(jié)合的結(jié)合部側(cè)的走向逐漸變寬；變位擴(kuò)大部的寬度隨著從與壓電體粘貼部相結(jié)合的結(jié)合部向前端的變位部的走向逐漸變窄。
15.如權(quán)利要求7所述的壓電執(zhí)行元件，其特征在于，在變位擴(kuò)大部前端可動部附近設(shè)有孔。
16.如權(quán)利要求7所述的壓電執(zhí)行元件，其特征在于，在與入射紅外線傳感器的紅外線前進(jìn)方向平行的方向中，相對于上述紅外線的入射方向，檢測所述紅外線的元件部比之變位擴(kuò)大部與壓電體粘貼部的結(jié)合部位于前方。
17.如權(quán)利要求7所述的壓電執(zhí)行元件，其特征在于，變位擴(kuò)大部由與壓電體粘貼部前端附近粘貼著壓電體的彈性構(gòu)件成一體的彈性構(gòu)件彎折成コ字型形成，作為上述彈性構(gòu)件使用以鐵或銅為主成分的金屬材料，其厚度從0.03mm至0.08mm，寬度相等從1mm至3mm，從固定端經(jīng)壓電體粘貼部至由前端部彎折成的結(jié)合部的尺寸為14mm至18mm，位于上述前端部與變位擴(kuò)大部之間將兩者結(jié)合起來的結(jié)合部，與所述壓電體粘貼部成直角方向中的尺寸取為1.2mm至3mm，變位擴(kuò)大部的長度尺寸取為11mm至15mm，位于與上述變位擴(kuò)大部的上述結(jié)合部相反的前端、通過曲折具有與變位擴(kuò)大部成直角方向的構(gòu)件，在上述直角方向上的尺寸取為3.5mm至6mm，與上述彈性構(gòu)件粘貼的壓電體，其長度尺寸取為9mm至14mm，其厚度取為0.05mm至0.12mm，粘貼的位置取距上述結(jié)合部的距離為0mm至2.5mm，在上述形狀中，驅(qū)動頻率在60Hz至140Hz。
18.如權(quán)利要求17所述的壓電執(zhí)行元件，其特征在于，作為粘貼壓電體的彈性構(gòu)件，采用厚度為0.05mm而寬度尺寸為1.2mm至2.2mm的32Ni-5Co-Fe，從固定端經(jīng)壓電體粘貼部至前端結(jié)合部的尺寸取為14.5mm至16.5mm，位于上述前端部與變位擴(kuò)大部之間將兩者結(jié)合起來的結(jié)合部，其與上述壓電體粘貼部成直角方向上的尺寸取為1.8mm至2.8mm，變位擴(kuò)大部的長度尺寸取為12.5mm至14mm，位于與上述變位擴(kuò)大部的上述結(jié)合部相反的前端、通過曲折具有與變位擴(kuò)大部成直角方向的構(gòu)件，在上述直角方向上的尺寸取為3.8mm至4.8mm，與上述彈性構(gòu)件粘貼的壓電體，其長度尺寸取為10mm至13mm，其厚度取為0.05mm至0.12mm，取粘貼位置距上述結(jié)合部的距離為0mm至2mm，上述形狀中，用于驅(qū)動的頻率為70Hz至100Hz。
19.如權(quán)利要求4所述的壓電執(zhí)行元件，其特征在于，在從固定端至前端結(jié)合部的壓電體粘貼部振動引起發(fā)生共振頻率f1與變位擴(kuò)大部振動引起發(fā)生共振頻率f2之間頻率中構(gòu)成最低變位量的頻率附近及比該頻率高的頻率中進(jìn)行驅(qū)動。
20.如權(quán)利要求4所述的壓電執(zhí)行元件，其特征在于，位于壓電體粘貼部前端的彈性構(gòu)件與變位擴(kuò)大部之間將兩者結(jié)合起來的結(jié)合部與上述壓電體粘貼部構(gòu)成的角度取為直角或銳角。
21.如權(quán)利要求4所述的壓電執(zhí)行元件，其特征在于，位于壓電體粘貼部前端彈性構(gòu)件與變位擴(kuò)大部之間將兩者結(jié)合起來的結(jié)合部與上述變位擴(kuò)大部構(gòu)成的角度取為直角或鈍角。
22.一種熱電型紅外線傳感器，其特征在于，在如權(quán)利要求4所述的壓電執(zhí)行元件附近設(shè)有溫度檢測手段，根據(jù)該溫度檢測手段產(chǎn)生的壓電執(zhí)行元件檢測溫度改變施加給壓電執(zhí)行元件的電壓值。
23.如權(quán)利要求22所述的熱電型紅外線傳感器，其特征在于，使加給壓電執(zhí)行元件的電壓值及驅(qū)動波形產(chǎn)生正負(fù)非對稱變化。
全文摘要
一種壓電執(zhí)行元件及用其構(gòu)成的熱電型紅外線傳感器，在隔片上粘貼壓電體構(gòu)成單壓電晶片型執(zhí)行元件，隔片與變位擴(kuò)大部連成U字形，單壓電晶片型執(zhí)行元件和變位擴(kuò)大部各自振動引起的共振頻率相互接近，并在兩共振頻率之間進(jìn)行驅(qū)動。這樣，在變位擴(kuò)大部前端能得到穩(wěn)定的變位擴(kuò)大效果，并能使所述傳感器小型化，高精度化。
文檔編號H01L41/09GK1137844SQ95191115
公開日1996年12月11日 申請日期1995年11月7日 優(yōu)先權(quán)日1994年11月7日
發(fā)明者三木勝政, 野村幸治, 增谷武 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社