ピエゾ屈曲アクチュエーター(ピエゾベンダー)
![](https://www.thorlabs.co.jp/Images/GuideImages/10958_BimorphBenders_2.jpg)
- Low-Voltage Bimorph Benders with 150 V Max Voltage
- Sub-Millisecond Response Time
- ±135 µm and ±450 µm Maximum Displacement
- Available with or without Holder
PB4VB2W
Piezoelectric Bimorph Bender
with Wires, ±135 µm Displacement
PB4NB2S
Piezoelectric Bimorph Bender with Wires and Holder, ±450 µm Displacement
Holder with Two Ø4.3 mm Through Holes for Mounting the Piezoelectric Bender
PB4NB2W
Piezoelectric Bimorph Bender
with Wires, ±450 µm Displacement
32 mm
(28 mm Active)
20 mm
(16 mm Active)
![](../../images/loading-red.gif)
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バイモルフ型のピエゾベンダに電圧を印加すると屈曲します。詳細については「取扱い」タブをご参照ください
特長
- サブマイクロメートルの分解能
- 変位量は2種類
- 有効自由長16 mm:変位量±135 µm
- 有効自由長28 mm:変位量±450 µm
- 駆動電圧範囲:0~150 V
- 組み込み用途(OEM用途)に適した製品
- PEEK樹脂製ホルダの有無は選択可能
当社のピエゾ屈曲アクチュエータ(ピエゾベンダ)の先端は印加する電圧によって変位(屈曲)しますが、その大きさと方向は印加する電圧によって決まります。この特性はワイヤーボンディング、電気スイッチ、ビーム偏向、バルブ、加速度センサなどの用途にご利用いただけます。このバイモルフ型ベンダには有効自由長が16 mmと28 mmの2種類があり、最大変位量はそれぞれ±135 µm と±450 µmです。
ピエゾベンダの3本の電極にはワイヤがはんだ付けされていますが、ホルダについては何も付いていない製品とPEEK(ポリエーテルエーテルケトン)樹脂製ホルダが取り付けられている製品がございます。ホルダ無しのピエゾの取り付け方法については「取扱い」タブをご覧ください。PEEKホルダ付きの製品にはM3またはM4ネジに対応するØ4.3 mm貫通穴が12.5 mm間隔で2つ付いています。このホルダを取り外すことはできません。
![Bimorph Bender](https://www.thorlabs.co.jp/images/tabimages/Single-Side_Voltage_Control_A1-250.jpg)
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![Bimorph Bender](https://www.thorlabs.co.jp/images/tabimages/Differential_Voltage_Control_A1-225.jpg)
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それぞれの例を上に示しています。これら以外のオプションについては
「取扱い」タブをご参照ください。
ピエゾの動作
ピエゾベンダは多層の共焼成ピエゾセラミック層から構成されており、上半分の層の電圧バイアスと下半分の層の電圧バイアスを別々に制御できます。印加電圧を増加すると層の長さも増加します。ベンダの上層部と下層部の伸びる長さが異なると、先端が変位(屈曲)します。例えば、上層部が伸びて下層部の長さが変わらない時は、バイモルフ型ベンダの先端は下方向に変位します。
このピエゾベンダは、電圧リミットが150 V以上の電圧ドライバであれば駆動することができます。上面には3つの電極との電気接続部があり、各電極にはリード線が付いています。赤いリード線が接続されている電極には常に正のバイアス電圧を加える必要があり、そこには銀色のプラスマークが記されています。ベンダの上層部または下層部のどちらかにのみバイアスを印加すると片面電圧制御モードとなり、ベンダは1方向にのみ屈曲します。上層部と下層部に異なるバイアスを印加すると、どちらの方向にも屈曲させることができます。それらの例を下図に示します。バイアス電圧は、何れの2本のリード線の間にかかる電圧も150 Vを超えないようにしてください。さもないとベンダが損傷する恐れがあります。他の電圧制御モードについての詳細は「取扱い」タブをご参照ください。
注:ホルダ無しのピエゾアクチュエータは>10-7 Torrまでの真空環境に対応します。PEEKホルダが取り付けられている製品を真空環境でお使いいただくことはお勧めいたしません。
当社ではピエゾアクチュエータを独自のAIアルゴリズムを用いて個別に検査し、ピエゾチップ、アクチュエータ、およびトランスデューサの優れた品質を保証しております。
ピエゾベンダの寸法と電圧範囲については、カスタム仕様でのご提供も可能です。また、大量注文にも対応可能です。詳細については当社までお問い合わせください。
![](https://www.thorlabs.co.jp/images/TabImages/Piezo_Manufacturing_Chips_A4-250.jpg)
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PZTブロックを個々の素子に切断
![](https://www.thorlabs.co.jp/images/TabImages/Piezo_Manufacturing_Chips_A5-200.jpg)
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バインダーバーンアウトおよび焼結後のPZT素子
当社におけるピエゾアクチュエータの製造について
ピエゾアクチュエータは中国にある当社の施設内で製造しており、各製造工程を当社が管理しています。これにより、特注や組み込み用途(OEM用途)のデバイスを含め、高品質な製品を低価格でご提供することが可能です。当社におけるピエゾアクチュエータの製造工程の概要は以下の通りです。詳細については、ピエゾ素子の製造能力のページをご参照ください。
- チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)またはBiScO3-PbTiO3(BSPT)の粉末で形成されたフレキシブルシートからブロックを作成
- 各シート上に内部電極をスクリーン印刷
- 印刷したシートを積み重ねて層を形成
- 層状のシートを等方プレス
- ブロックを個々の素子にダイシング(切断)
- 素子に熱処理を施して溶媒やバインダ材の残留物を除去
- 素子を焼結して圧電性の圧粉を融着させ、PZTまたはBSPT結晶を生成
- 厳しい寸法公差(±5 µm)を得るために、素子をラップ研磨
- 素子に外部電極をスクリーン印刷
- 素子を分極処理して、PZTまたはBSPT結晶の軸を揃える
![](https://www.thorlabs.co.jp/images/tabimages/Bimorph_Bender_Electrical_Connections_A1-300.jpg)
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図1. 印加電圧に応じて伸長する動作領域(active area)は、+印の中心からピエゾベンダの先端までです。非動作領域(inactive area)は印加電圧に反応しません。
取扱い方法
取付け
当社のバイモルフ型ピエゾ屈曲アクチュエータ(ピエゾベンダ)には、取付け用ホルダの付いたタイプと無いタイプがございます。PB4VB2WとPB4NB2Wはホルダ無しのタイプで、機械的にクランプするか、または接着剤を用いることで取り付けることができます。
ピエゾベンダの取り付けに際しては、弾性コンプライアンスを保持し、かつホルダの変形によるドリフトを防ぐために、剛性の高いホルダ(セラミック、PEEKなど)のご使用をお勧めいたします。ホルダをお選びいただく際は、接触面が平坦でベンダを適切に取り付けられる事をご確認ください。金属製のホルダをご使用になる場合は、3つの外部電極とホルダが接触して短絡するのを防ぐため、ピエゾベンダとホルダの接触面を絶縁してください。
![Bimorph Bender](https://www.thorlabs.co.jp/images/tabimages/Bimorph_Bender_Electrical_Connections_A2-300.jpg)
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図2: クランプを使用してPB4VB2WまたはPB4NB2Wを取り付ける場合、クランプは+印の中心から電極の縁までの幅約1.5 mmの非動作領域に取り付けてください。
接着剤でベンダを取り付ける場合は、ストロークの減少を防ぐため、接着面はピエゾベンダの非動作領域のみに制限してください(図1参照)。機械アセンブリに接着するときはヤング率の低い接着剤のご使用をお勧めいたします。また、支持部分の熱機械的応力を小さくするため、できるだけ硬化温度の低いものをお選びください。
機械的にクランプする場合は、クランプ力はアセンブリの機械的安定性が保持できる範囲で、できるだけ小さくしてください。その値は、ブロッキングフォースの仕様値の約5倍になります。フルストロークを維持し、またワイヤ接続のはんだ付け部分を損傷しないように、クランプは電極から+印の中心までの非動作領域に取り付けてください(図2参照)。
電気的接続
各ピエゾベンダには電極が3つ付いています。1つは正バイアスをかける電極で、銀色の+印が付いており、赤いワイヤが接続されています。他の2つの電極にはそれぞれ白と緑のワイヤがはんだ付けされています。
注:駆動後のピエゾアクチュエータには電荷が蓄積しています。これらのワイヤを直接接続すると放電し、火花の発生や、さらには故障する危険性もあります。 この電荷を解放するために、当社ではワイヤの間に抵抗(>1 kΩ)を挿入することをお勧めしています。
リード線の電極へのはんだ付け
リード線を電極に接続もしくは再接続する場合、はんだ付けの温度は370 °C以下、時間は1電極あたり2秒以下で行ってください。リード線は電極の中心にはんだ付けし、加熱はできるだけ小さい範囲に止めるようにしてください。
駆動モード
ピエゾベンダは2種類の基本的な駆動方法のうちの1つを用いて操作します。表ではそれらの駆動方法についてまとめています。
Bimorph Bender Driving Modes | |||
---|---|---|---|
Wire Color | Red | White | Green |
Single-Side Voltage Control | |||
Option 1 | 0 V to 150 V | 0 V | 0 V |
Option 2 | 0 V | 0 V | 0 V to -150 V |
Differential Voltage Control | |||
Option 3 | 150 V | 0 V to 150 V | 0 V |
Option 4 | 75 V | -75 V to 75 V | -75 V |
片面電圧制御
片面電圧制御はバイモルフ型ピエゾベンダを1方向にのみ屈曲させたい場合に使用します。この駆動モードでは白のワイヤは0 Vのままですが、赤と緑のワイヤの電圧はバイモルフ型ベンダを屈曲させるために変化させます。 どちらの方向への最大変位量も450 µmです。
バイモルフ型ベンダーの+印が上を向くように置いて赤のワイヤに0~150 Vの正電圧を印加すると、上層部が伸びますが下層部の長さは変化しません。印加電圧を増加すると、固定されていないベンダーの先端は下方向に屈曲します(図3a参照)。
0~-150 Vの負電圧を緑のワイヤに印加すると、下層部は伸びますが上層部の長さは変化しません。これにより、固定されていないベンダの先端は上方向に屈曲します(図3b参照)。
片面電圧制御を行う場合、赤と緑のリード線に印加する電圧を同時に変化させてはいけません。この2本のリード線の間にかかる電圧が150 V以上になるとアクチュエータが損傷する可能性が大きいためです。
差動電圧制御
差動電圧制御は、ピエゾベンダを両方向に屈曲させたい場合に使用します。 緑と赤のワイヤに一定の電圧を印加し、中央の白いワイヤに印加する電圧を変化させると、下層部に対する上層部の相対的な伸長量を変えることができます。これにより変位の方向と大きさを制御することができます。
ピエゾベンダの差動電圧制御を行うには、デバイスの制御電圧を表のOption 3またはOption 4のように構成します。どちらの構成でも、赤と緑のワイヤに印加する電圧には150 Vの差があり、最大変位量は±450 µmとなります。Option 3では、赤いワイヤへの電圧を150 V、緑のワイヤへの電圧を0 Vにそれぞれ固定し、白いワイヤへの電圧は0~150 Vで変化させます。Option 4では、赤いワイヤへの電圧を75 V、緑のワイヤへの電圧を-75 Vにそれぞれ固定し、白いワイヤへの電圧を-75~75 Vで変化させます。
例えば、ピエゾベンダをOption 3のように構成し、白いワイヤへ75 Vの電圧を印加した場合、上層部と下層部に印加される電圧の大きさは同じになります。つまり、上層部と下層部の伸長量は同じになり、先端は変位しません。白いワイヤに印加する電圧を0 Vにすると、上層部は伸びますが下層部の長さは変わらず、先端は下方向に450 µm変位します。白いワイヤに150 Vの電圧を印加すると、下層部は伸びますが上層部の長さは変わらず、先端は上方向に450 µm変位します。白いワイヤにその間の電圧を印加すると、上層部と下層部の伸長量は異なり、それに伴い変位の大きさと方向も変化します。
![Bimorph Bender](https://www.thorlabs.co.jp/images/tabimages/Differential_Voltage_Control_A1-225.jpg)
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図4:差動電圧制御の例(表のOption 3)
![Bimorph Bender](https://www.thorlabs.co.jp/images/tabimages/Single-Side_Voltage_Control_A1-250.jpg)
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図3a:正バイアスでの片面電圧制御(表のOption 1)
![Bimorph Bender](https://www.thorlabs.co.jp/images/tabimages/Single-Side_Voltage_Control_A2-225.jpg)
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図3b:負バイアスでの片面電圧制御(表のOption 2)
長期的な動作
バイモルフ型ピエゾベンダの長期耐久性試験を室温(25 °C)、湿度45%で実施しました。100 Hz以下の周波数で1 x 108サイクル動作させた後も正常に動作しました。
真空対応製品のクリーニングについて
当社のピエゾアクチュエータで真空に対応している製品については、青いinfoアイコン()をクリックしてご覧いただける仕様表に、対応する真空レベルが記載されています。この真空レベルに到達するのに特別なクリーニングは必要ありませんが、実際のご使用時には、これらの製品をイソプロピルアルコール(IPA)で超音波洗浄を行い、さらに60 °Cで2時間ベーキングすることをお勧めします。デバイスをそのほかの有機溶剤には浸漬しないでください。
Posted Comments: | |
shay kaplan
 (posted 2024-08-15 21:34:56.757) if used for micron deflections, will these work at 10 KHz?
if they will, should their lifetime be degraded?
best regards
Shay Jerard Vincent Rubio Ang
 (posted 2024-05-04 12:02:47.03) Hello, can these piezoelectric benders be driven higher than the reported resonance frequency? I wonder if they can be driven at really high frequencies >50kHz and will they have resonances beyond that? cdolbashian
 (posted 2024-05-24 02:16:35.0) Thank you for contacting Thorlabs. It is necessary to limit the voltage range to a low level when these piezoelectric benders are driven higher than the reported resonance frequency. For 50kHz, we expect you will need to limit the voltage range to 10Vpp or lower. The effect you could potentially see is that the displacement will be lower and there will be high order resonances. Luis Cobar
 (posted 2023-12-15 12:56:38.27) Hi, I was wondering if you could provide the estimates of how long does it takes for the PB4NB2S to move when applied a voltage? Also, what factors may affect the timing for movement of the piezo? ksosnowski
 (posted 2023-12-18 02:10:05.0) Hello Luis, thanks for reaching out to Thorlabs. Piezo elements act like capacitors and must be charged by the driver's current output. The driver used and it's max slew rate can potentially limit the speed at which you can change the voltage across the piezo which results in displacement. The page for our MDT693B piezo driver has a bandwidth tutorial with some examples. These piezo benders also have a low resonant frequency, and adding mass to the bender with further drop the resonance. We have heating data as a function of frequency on our website however we recommend remaining below 1/3 the resonant frequency to avoid heating. These are based on soft PZT material and not intended for resonant operation like hard PZTs. I have reached out to discuss this application further. user
 (posted 2023-07-07 16:48:48.65) I would like to know the capacity of all piezoelectric benders. cdolbashian
 (posted 2023-07-14 04:15:14.0) Thank you for contacting Thorlabs! For PB4VB2W and PB4VB2S, the capacitance is 145 nF ± 15% for each side of the bimorph. For PB4NB2W and PB4NB2S, the capacitance is 550 nF ± 15% for each side of the bimorph. The capacitance spec is listed in the product specsheet. ガントゥムル フルレー
 (posted 2023-01-04 12:28:43.35) I would like to know the Young's modulus and piezoelectric constant of PB4NB2W. Thank you. cdolbashian
 (posted 2023-01-10 02:41:18.0) Thank you for reaching out to us with this inquiry. The Young’s modulus of the ceramic material in this device is about 67GPa. The piezo constants, d33 and d31, are ~710 pC/N and ~(-320) pC/N respectively. ガントゥムル フルレー
 (posted 2022-12-27 11:41:45.163) PB4NB2Wのヤング率と圧電定数を知りたいです。宜しくお願い致します。 Mickey London
 (posted 2022-04-18 05:35:19.057) I have two of those. I am driving them with BD150 by piezodrive.com at low frequencies 1-25Hz.
They make quite strong audible noise which I cannot cancel. It is quite frustrating because I was using other piezo benders from other companies before and they did not do that.
Thank you
Mickey cdolbashian
 (posted 2022-04-20 04:52:27.0) Thank you for contacting Thorlabs. Due to the high resonance of our bender benefiting from the monolithic design, harmonics from driving signals like square and triangle wave could resonate with the bender and causing audible noises. Sine wave would be much better in this case. Another thing worth checking is that if the holder is tightly fastened. We will get in touch with you via email to help troubleshoot further. Saravanakumar Dharmaraj
 (posted 2022-02-24 20:05:01.943) Is possible to actuate one side of the bimorph and use the other to sense? cdolbashian
 (posted 2022-02-28 10:55:33.0) Thank you for contacting Thorlabs with this inquiry Saravanakumar. We have confirmed this application ourselves thanks to your suggestion here. Francisco Moreno
 (posted 2021-02-03 13:01:40.343) Hello i hope that you have a nice day. I would like know if you help me with the next information: i would like know the measurements and the differents angles of displacements about the actuator PB4NB2S when the the voltage is different o varying
i don't know if you have this kind information, by the way, this information is necessary for me because I am using this device for my thesis YLohia
 (posted 2021-02-05 09:33:32.0) Hallo, thank you for contacting Thorlabs and for choosing our products for your thesis. We currently do not have a proper way to directly measure the angular displacements as they are too small. The angles can be estimated by arctan(Displacement / Free Length), where the Free Length of the PB4NB2S is 28mm. Francisco Moreno
 (posted 2020-09-28 20:56:44.01) Hello, I would like to know if you could help me with any information about the piezoelectric bender PB4NB2S, i need information about the material of the layers of the devices, young´s modulus, d ensity of piezoelectric material, piezoelectric constant, Relative permittivity of piezoelectric material, Total capacitance of piezoelectric material
This information is importan for me, because i am using the piezolectric devices for my PHD thesis
I hope that you can help me, thank you for your attention YLohia
 (posted 2020-10-01 03:38:00.0) Hello, thank you for contacting Thorlabs and for choosing our products for your Ph.D thesis. We have reached out to you directly via email to discuss the information that you requested. Xie Caijin
 (posted 2020-07-17 15:01:13.14) 您好,我们想咨询一下将压电双晶片末端切掉数毫米是否影响压电双晶片的起振。 YLohia
 (posted 2020-07-17 10:29:53.0) Hello, thank you for contacting Thorlabs. An applications engineer from our team in China will contact you directly. Alternately, our team can be contacted at techsupport-cn@thorlabs.com. 才津 谢
 (posted 2020-07-16 10:16:43.007) 如果我们将压电双晶片的末端切掉几毫米,压电双晶片是否还能正常起振 YLohia
 (posted 2020-07-16 10:34:34.0) Hello, thank you for contacting Thorlabs. An applications engineer from our team in China will contact you directly. Francisco Moreno
 (posted 2020-04-30 23:54:37.103) Hello I have a question about the piezoelectric device, i would like know what kind of material is this device (PZT, PbTiO3)?? YLohia
 (posted 2020-05-06 08:55:29.0) Hello, thank you for contacting Thorlabs. The PB4NB2W is constructed from multiple co-fired piezoceramic layers made of PZT and Pb(Zr,Ti)O3. Ag/Pd are used between these ceramic layers. Xie Caijin
 (posted 2020-01-03 12:09:18.18) I want to ask that, which method do you use to get the resonant frequency and displacement of the bimorph.
Thank you. nbayconich
 (posted 2020-01-07 02:30:56.0) Thank you for contacting Thorlabs. To measure the resonant frequency, we pre-attached the bimorph to a holder and connect an impedance analyzer between the white and green wire connections or red and green wires.
To test the displacement of the bimorph, an laser source and a position sensor is used to record how much the beam is shifted. We will reach out to you directly with more details. Francisco Moreno
 (posted 2019-06-04 10:16:40.6) Hello, I have two questions, the first is:
What is the minimun range or displacement
This kind of devices is compatible with clean room and cells ???
this last question due to I would like move cell with this devices
Thank for your attention and I hope your soon answer YLohia
 (posted 2019-06-13 08:51:30.0) Hello, thank you for contacting Thorlabs. The minimum displacement (or resolution) of a piezo device is determined by the minimum voltage step (or noise) of the control voltage source. We reached out to you directly to gather more information about your clean room application. |
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