JP2002058260A - 圧電アクチュエータ - Google Patents
圧電アクチュエータInfo
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- JP2002058260A JP2002058260A JP2000236920A JP2000236920A JP2002058260A JP 2002058260 A JP2002058260 A JP 2002058260A JP 2000236920 A JP2000236920 A JP 2000236920A JP 2000236920 A JP2000236920 A JP 2000236920A JP 2002058260 A JP2002058260 A JP 2002058260A
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- shaped spring
- piezoelectric actuator
- spring
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ケース形バネの質量低減及び固有振動数の向
上を計ることで広帯域な動作周波数を有する高速で高応
答な圧電アクチュエータを提供すること。 【解決手段】 この圧電アクチュエータの場合、従来通
りに開口側から一軸方向に延びた積層型圧電素子１を収
納した状態で一軸方向と合致する伸縮方向に圧縮予圧荷
重を付与する金属製のケース形バネ２ｂと、バネ２ｂの
開口側から装着されて圧電素子１及びバネ２ｂを保持す
る底部材３と、バネ２ｂに係止されて所定の引っ張り荷
重をかけた状態で底部材３と固定されるフランジ４とを
備えて構成されているが、ここではバネ２ｂにおける圧
電素子１の伸縮方向に延びた側面部２ｂ1 と開口側と反
対側の端面部２ｂ2 とが波状可撓部（ベローズ）を持た
ないように平坦に形成され、且つ圧電素子１の駆動時に
発生する応力が均一化されるように側面部２ｂ1 の肉厚
が端面部２ｂ2 の肉厚よりも薄く形成されている。
上を計ることで広帯域な動作周波数を有する高速で高応
答な圧電アクチュエータを提供すること。 【解決手段】 この圧電アクチュエータの場合、従来通
りに開口側から一軸方向に延びた積層型圧電素子１を収
納した状態で一軸方向と合致する伸縮方向に圧縮予圧荷
重を付与する金属製のケース形バネ２ｂと、バネ２ｂの
開口側から装着されて圧電素子１及びバネ２ｂを保持す
る底部材３と、バネ２ｂに係止されて所定の引っ張り荷
重をかけた状態で底部材３と固定されるフランジ４とを
備えて構成されているが、ここではバネ２ｂにおける圧
電素子１の伸縮方向に延びた側面部２ｂ1 と開口側と反
対側の端面部２ｂ2 とが波状可撓部（ベローズ）を持た
ないように平坦に形成され、且つ圧電素子１の駆動時に
発生する応力が均一化されるように側面部２ｂ1 の肉厚
が端面部２ｂ2 の肉厚よりも薄く形成されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、主として積層型圧
電素子をケース形バネに収納してケース形バネで積層型
圧電素子の伸縮方向に圧縮予圧荷重を与える構造の圧電
アクチュエータに関する。
電素子をケース形バネに収納してケース形バネで積層型
圧電素子の伸縮方向に圧縮予圧荷重を与える構造の圧電
アクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、この種の圧電アクチュエータの研
究開発分野では、電歪効果を有するセラミックス材料と
電極材料とを交互に重ねた構造の積層型圧電素子を利用
し、微少変位を高速にして高応答で制御可能な性能を得
ている。
究開発分野では、電歪効果を有するセラミックス材料と
電極材料とを交互に重ねた構造の積層型圧電素子を利用
し、微少変位を高速にして高応答で制御可能な性能を得
ている。
【０００３】ところが、こうした積層型圧電素子の単体
に高電圧・高周波数の駆動電圧を印加すると、素子の伸
縮に伴う慣性力で引っ張り応力が発生して素子自体が容
易に破壊されてしまうため、実際に動作させるためには
圧電素子に圧縮予圧荷重を与えておき、高電圧・高周波
数の駆動時の引っ張り応力による破壊を防止する構造に
する必要がある。
に高電圧・高周波数の駆動電圧を印加すると、素子の伸
縮に伴う慣性力で引っ張り応力が発生して素子自体が容
易に破壊されてしまうため、実際に動作させるためには
圧電素子に圧縮予圧荷重を与えておき、高電圧・高周波
数の駆動時の引っ張り応力による破壊を防止する構造に
する必要がある。
【０００４】そこで、一般には金属製のケース形バネに
積層型圧電素子を収納し、積層型圧電素子の伸縮方向に
圧縮予圧荷重を与える構造としている。
積層型圧電素子を収納し、積層型圧電素子の伸縮方向に
圧縮予圧荷重を与える構造としている。
【０００５】図５は、従来の圧電アクチュエータの基本
構成を示した側面断面図である。この圧電アクチュエー
タの場合、開口側から一軸方向（中心軸方向）に延びた
円柱状の積層型圧電素子１を収納した状態で積層型圧電
素子１の一端面がスペーサ５の表面に当接されるように
予め開口側と反対側の上面側にスペーサ５を装填してい
ると共に、積層型圧電素子１の伸縮方向に可撓性を持た
せるためにベローズ２′が形成されて積層型圧電素子１
の一軸方向と合致する伸縮方向に圧縮予圧荷重を付与す
る底部を欠いた円筒状の外装用ケース形バネ２と、ケー
ス形バネ２の開口側からケース形バネ２に装着されて凸
部の頂面が積層型圧電素子１の他端面に当接された状態
で積層型圧電素子１及びケース形バネ２を保持する底部
材（ベース）３と、ケース形バネ２に係止されて所定の
引っ張り荷重をかけた状態で底部材３と固定される固定
フランジ４とを備えている。
構成を示した側面断面図である。この圧電アクチュエー
タの場合、開口側から一軸方向（中心軸方向）に延びた
円柱状の積層型圧電素子１を収納した状態で積層型圧電
素子１の一端面がスペーサ５の表面に当接されるように
予め開口側と反対側の上面側にスペーサ５を装填してい
ると共に、積層型圧電素子１の伸縮方向に可撓性を持た
せるためにベローズ２′が形成されて積層型圧電素子１
の一軸方向と合致する伸縮方向に圧縮予圧荷重を付与す
る底部を欠いた円筒状の外装用ケース形バネ２と、ケー
ス形バネ２の開口側からケース形バネ２に装着されて凸
部の頂面が積層型圧電素子１の他端面に当接された状態
で積層型圧電素子１及びケース形バネ２を保持する底部
材（ベース）３と、ケース形バネ２に係止されて所定の
引っ張り荷重をかけた状態で底部材３と固定される固定
フランジ４とを備えている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述した積層型圧電素
子を金属製のケース形バネに収納して圧縮予圧荷重を与
える構造の圧電アクチュエータの場合、動作周波数が１
０ｋＨｚを越える用途で使用するときに動作周波数より
もケース形バネの固有振動数を十分に高くするためには
ケース形バネのバネ定数を高める必要があるが、ベロー
ズによる可撓部でバネ性（弾性）を持たる構造である
と、ベローズに発生する応力に比べてそれ以外の部位で
発生する応力が低く、べローズに発生する応力と最大荷
重とによってケース形バネの厚さが規定されてしまうた
め、ケース形バネの質量を低減することができず、これ
によってケース形バネの固有振動数を上げられずに動作
周波数が数ｋＨｚ程度で限界になってしまうという問題
がある。
子を金属製のケース形バネに収納して圧縮予圧荷重を与
える構造の圧電アクチュエータの場合、動作周波数が１
０ｋＨｚを越える用途で使用するときに動作周波数より
もケース形バネの固有振動数を十分に高くするためには
ケース形バネのバネ定数を高める必要があるが、ベロー
ズによる可撓部でバネ性（弾性）を持たる構造である
と、ベローズに発生する応力に比べてそれ以外の部位で
発生する応力が低く、べローズに発生する応力と最大荷
重とによってケース形バネの厚さが規定されてしまうた
め、ケース形バネの質量を低減することができず、これ
によってケース形バネの固有振動数を上げられずに動作
周波数が数ｋＨｚ程度で限界になってしまうという問題
がある。
【０００７】本発明は、このような問題点を解決すべく
なされたもので、その技術的課題は、ケース形バネの質
量を低減できてその固有振動数を十分に上げられること
により広帯域な動作周波数を有する高速で高応答な圧電
アクチュエータを提供することにある。
なされたもので、その技術的課題は、ケース形バネの質
量を低減できてその固有振動数を十分に上げられること
により広帯域な動作周波数を有する高速で高応答な圧電
アクチュエータを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、開口側
から一軸方向に延びた圧電素子を収納した状態で該圧電
素子の一端面が当接される当接面を有すると共に、該圧
電素子の該一軸方向と合致する伸縮方向に圧縮予圧荷重
を付与するケース形バネと、ケース形バネの開口側から
ケース形バネに装着されて凸部の頂面が圧電素子の他端
面に当接された状態で該圧電素子及び該ケース形バネを
保持する底部材と、ケース形バネに係止されて所定の引
っ張り荷重をかけた状態で底部材と固定されるフランジ
とを備えた圧電アクチュエータにおいて、ケース形バネ
は、圧電素子の伸縮方向に延びた側面部と当接面を形成
する開口側と反対側の端面部とが波状可撓部を持たない
ように平坦に形成された圧電アクチュエータが得られ
る。
から一軸方向に延びた圧電素子を収納した状態で該圧電
素子の一端面が当接される当接面を有すると共に、該圧
電素子の該一軸方向と合致する伸縮方向に圧縮予圧荷重
を付与するケース形バネと、ケース形バネの開口側から
ケース形バネに装着されて凸部の頂面が圧電素子の他端
面に当接された状態で該圧電素子及び該ケース形バネを
保持する底部材と、ケース形バネに係止されて所定の引
っ張り荷重をかけた状態で底部材と固定されるフランジ
とを備えた圧電アクチュエータにおいて、ケース形バネ
は、圧電素子の伸縮方向に延びた側面部と当接面を形成
する開口側と反対側の端面部とが波状可撓部を持たない
ように平坦に形成された圧電アクチュエータが得られ
る。
【０００９】又、本発明によれば、上記圧電アクチュエ
ータにおいて、ケース形バネは、圧電素子の駆動時に発
生する応力が均一化されるように側面部の肉厚が端面部
の肉厚よりも薄く形成された圧電アクチュエータが得ら
れる。
ータにおいて、ケース形バネは、圧電素子の駆動時に発
生する応力が均一化されるように側面部の肉厚が端面部
の肉厚よりも薄く形成された圧電アクチュエータが得ら
れる。
【００１０】更に、本発明によれば、上記圧電アクチュ
エータにおいて、ケース形バネは、圧電素子の駆動時に
発生する応力が均一化されるように側面部における該圧
電素子の一軸方向で対称となる位置に応力調整穴が形成
された圧電アクチュエータが得られる。この圧電アクチ
ュエータにおいて、応力調整穴は、菱形であることは好
ましい。
エータにおいて、ケース形バネは、圧電素子の駆動時に
発生する応力が均一化されるように側面部における該圧
電素子の一軸方向で対称となる位置に応力調整穴が形成
された圧電アクチュエータが得られる。この圧電アクチ
ュエータにおいて、応力調整穴は、菱形であることは好
ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下に実施例を挙げ、本発明の圧
電アクチュエータについて、図面を参照して詳細に説明
する。
電アクチュエータについて、図面を参照して詳細に説明
する。
【００１２】図１は、本発明の一実施例に係る圧電アク
チュエータの基本構成を示した側面断面図である。この
圧電アクチュエータの場合も、従来通りに金属製のケー
ス形バネ２ａに積層型圧電素子１を収納し、この積層型
圧電素子１の伸縮方向に圧縮予圧荷重を与える構造とし
ており、具体的には開口側から一軸方向（中心軸方向）
に延びた円柱状の積層型圧電素子１を収納した状態で積
層型圧電素子１の一端面が当接される当接面を有すると
共に、積層型圧電素子１の一軸方向と合致する伸縮方向
に圧縮予圧荷重を付与する底部を欠いた円筒状の外装用
ケース形バネ２ａと、このケース形バネ２ａの開口側か
らケース形バネ２ａに装着されて凸部の頂面が積層型圧
電素子１の他端面に当接された状態で積層型圧電素子１
及びケース形バネ２ａを保持する底部材３と、ケース形
バネ２ａに係止されて所定の引っ張り荷重をかけた状態
で底部材３と固定されるフランジ４とを備えて構成され
ているが、ここでのケース形バネ２ａは、積層型圧電素
子１の伸縮方向に延びた側面部（胴体部）２ａ1 と当接
面を形成する開口側と反対側の端面部２ａ2 とが波状可
撓部（ベローズ）を持たないように平坦に形成され、こ
れらの側面部２ａ1及び端面部２ａ2 が同じ肉厚となっ
ている。
チュエータの基本構成を示した側面断面図である。この
圧電アクチュエータの場合も、従来通りに金属製のケー
ス形バネ２ａに積層型圧電素子１を収納し、この積層型
圧電素子１の伸縮方向に圧縮予圧荷重を与える構造とし
ており、具体的には開口側から一軸方向（中心軸方向）
に延びた円柱状の積層型圧電素子１を収納した状態で積
層型圧電素子１の一端面が当接される当接面を有すると
共に、積層型圧電素子１の一軸方向と合致する伸縮方向
に圧縮予圧荷重を付与する底部を欠いた円筒状の外装用
ケース形バネ２ａと、このケース形バネ２ａの開口側か
らケース形バネ２ａに装着されて凸部の頂面が積層型圧
電素子１の他端面に当接された状態で積層型圧電素子１
及びケース形バネ２ａを保持する底部材３と、ケース形
バネ２ａに係止されて所定の引っ張り荷重をかけた状態
で底部材３と固定されるフランジ４とを備えて構成され
ているが、ここでのケース形バネ２ａは、積層型圧電素
子１の伸縮方向に延びた側面部（胴体部）２ａ1 と当接
面を形成する開口側と反対側の端面部２ａ2 とが波状可
撓部（ベローズ）を持たないように平坦に形成され、こ
れらの側面部２ａ1及び端面部２ａ2 が同じ肉厚となっ
ている。
【００１３】このうち、ケース形バネ２ａのバネ特性
（弾性）は、端面部２ａ2 から側面部２ａ1 へ延在する
部分の曲げ変形と側面部２ａ1 における単純引っ張り力
とにより得られるので、ケース形バネ２ａの板厚を選択
することによって所定のバネ定数に合わせることができ
る。又、ここでのケース形バネ２ａは、余分な質量を持
たないため、固有振動数を十分に高くすることができ
る。例えば長さ４０ｍｍの積層型圧電素子１に合わせた
ケース形バネ２ａであれば、バネ定数を５×１０6Ｎ／
ｍとした場合、固有振動数が２０数ｋＨｚとなり、１０
ｋＨｚの積層型圧電素子１の動作に十分追従できるもの
となる。ここで、ケース形バネ２ａに発生する応力を解
析すると、端面部２ａ2 に発生する曲げ応力が最も高
く、側面部２ａ 1 の引っ張り応力が最も低くなることが
判った。
（弾性）は、端面部２ａ2 から側面部２ａ1 へ延在する
部分の曲げ変形と側面部２ａ1 における単純引っ張り力
とにより得られるので、ケース形バネ２ａの板厚を選択
することによって所定のバネ定数に合わせることができ
る。又、ここでのケース形バネ２ａは、余分な質量を持
たないため、固有振動数を十分に高くすることができ
る。例えば長さ４０ｍｍの積層型圧電素子１に合わせた
ケース形バネ２ａであれば、バネ定数を５×１０6Ｎ／
ｍとした場合、固有振動数が２０数ｋＨｚとなり、１０
ｋＨｚの積層型圧電素子１の動作に十分追従できるもの
となる。ここで、ケース形バネ２ａに発生する応力を解
析すると、端面部２ａ2 に発生する曲げ応力が最も高
く、側面部２ａ 1 の引っ張り応力が最も低くなることが
判った。
【００１４】このような構成の圧電アクチュエータの場
合、最大荷重時に発生する応力が許容応力となる範囲で
ケース形バネ２ａにおける側面部２ａ1 及び端面部２ａ
2 の厚さを薄く定めることにより、質量を押えて固有振
動数を高めることができるため、従来よりも広帯域な動
作周波数を有する高速で高応答なアクチュエータ特性が
得られる。
合、最大荷重時に発生する応力が許容応力となる範囲で
ケース形バネ２ａにおける側面部２ａ1 及び端面部２ａ
2 の厚さを薄く定めることにより、質量を押えて固有振
動数を高めることができるため、従来よりも広帯域な動
作周波数を有する高速で高応答なアクチュエータ特性が
得られる。
【００１５】図２は、本発明の他の実施例に係る圧電ア
クチュエータの基本構成を示した側面断面図である。こ
の圧電アクチュエータの場合も、図１に示した一実施例
のものと比べ同様な構成、即ち、開口側から一軸方向
（中心軸方向）に延びた円柱状の積層型圧電素子１を収
納した状態で積層型圧電素子１の一端面が当接される当
接面を有すると共に、積層型圧電素子１の一軸方向と合
致する伸縮方向に圧縮予圧荷重を付与する底部を欠いた
円筒状の外装用ケース形バネ２ｂと、このケース形バネ
２ｂの開口側からケース形バネ２ｂに装着されて凸部の
頂面が積層型圧電素子１の他端面に当接された状態で積
層型圧電素子１及びケース形バネ２ｂを保持する底部材
３と、ケース形バネ２ｂに係止されて所定の引っ張り荷
重をかけた状態で底部材３と固定されるフランジ４とを
備え、更にケース形バネ２ｂが積層型圧電素子１の伸縮
方向に延びた側面部２ｂ1 と当接面を形成する開口側と
反対側の端面部２ｂ2 とが波状可撓部（ベローズ）を持
たないように平坦に形成されているが、ここでは側面部
２ｂ1 及び端面部２ｂ2 が異なる肉厚となっており、具
体的には積層型圧電素子１の駆動時に発生する応力が均
一化されるように側面部２ｂ1 の肉厚が端面部２ｂ2 の
肉厚よりも薄く形成されている。
クチュエータの基本構成を示した側面断面図である。こ
の圧電アクチュエータの場合も、図１に示した一実施例
のものと比べ同様な構成、即ち、開口側から一軸方向
（中心軸方向）に延びた円柱状の積層型圧電素子１を収
納した状態で積層型圧電素子１の一端面が当接される当
接面を有すると共に、積層型圧電素子１の一軸方向と合
致する伸縮方向に圧縮予圧荷重を付与する底部を欠いた
円筒状の外装用ケース形バネ２ｂと、このケース形バネ
２ｂの開口側からケース形バネ２ｂに装着されて凸部の
頂面が積層型圧電素子１の他端面に当接された状態で積
層型圧電素子１及びケース形バネ２ｂを保持する底部材
３と、ケース形バネ２ｂに係止されて所定の引っ張り荷
重をかけた状態で底部材３と固定されるフランジ４とを
備え、更にケース形バネ２ｂが積層型圧電素子１の伸縮
方向に延びた側面部２ｂ1 と当接面を形成する開口側と
反対側の端面部２ｂ2 とが波状可撓部（ベローズ）を持
たないように平坦に形成されているが、ここでは側面部
２ｂ1 及び端面部２ｂ2 が異なる肉厚となっており、具
体的には積層型圧電素子１の駆動時に発生する応力が均
一化されるように側面部２ｂ1 の肉厚が端面部２ｂ2 の
肉厚よりも薄く形成されている。
【００１６】このケース形バネ２ｂでは、端面部２ｂ2
の板厚に対して側面部２ｂ1 の板厚を１／３〜１／１０
の範囲とすることで発生する応力を均一化することがで
き、特に圧縮予圧荷重が高い用途で使用するときに有効
となるが、この場合にも固有振動数を２０ｋＨｚ程度に
確保できる。
の板厚に対して側面部２ｂ1 の板厚を１／３〜１／１０
の範囲とすることで発生する応力を均一化することがで
き、特に圧縮予圧荷重が高い用途で使用するときに有効
となるが、この場合にも固有振動数を２０ｋＨｚ程度に
確保できる。
【００１７】このような構成の圧電アクチュエータにお
いても、最大荷重時に発生する応力が許容応力となる範
囲でケース形バネ２ｂにおける側面部２ｂ1 及び端面部
２ｂ 2 の厚さを定めることにより、質量を押えて固有振
動数を高めることができるため、従来よりも広帯域な動
作周波数を有する高速で高応答なアクチュエータ特性が
得られる。
いても、最大荷重時に発生する応力が許容応力となる範
囲でケース形バネ２ｂにおける側面部２ｂ1 及び端面部
２ｂ 2 の厚さを定めることにより、質量を押えて固有振
動数を高めることができるため、従来よりも広帯域な動
作周波数を有する高速で高応答なアクチュエータ特性が
得られる。
【００１８】ところで、このような駆動動作時に発生す
るケース形バネ２ｂの応力が均一化されて高速で高応答
なアクチュエータ特性を有する圧電アクチュエータは、
図１に示した構成の圧電アクチュエータを改良すること
によっても、同等に得ることができる。
るケース形バネ２ｂの応力が均一化されて高速で高応答
なアクチュエータ特性を有する圧電アクチュエータは、
図１に示した構成の圧電アクチュエータを改良すること
によっても、同等に得ることができる。
【００１９】図３は、図１に示した圧電アクチュエータ
に備えられるケース形バネ２ａに穴を形成して変形した
他形態に係るケース形バネ２ｃを用いた場合の圧電アク
チュエータの外観を別な側面方向から示した側面図であ
る。ここでのケース形バネ２ｃにおいては、積層型圧電
素子１の駆動時に発生する応力が均一化されるように側
面部２ｃ1 における積層型圧電素子１の一軸方向（中心
軸方向）で対称となる位置に応力調整穴としての長円形
穴６が形成されている。因みに、ここでの長円形穴６
は、ケース形バネ２ｃが円筒状であることにより、側面
部２ｃ1 における対向する位置に２個以上設けられる場
合の構成を示している。
に備えられるケース形バネ２ａに穴を形成して変形した
他形態に係るケース形バネ２ｃを用いた場合の圧電アク
チュエータの外観を別な側面方向から示した側面図であ
る。ここでのケース形バネ２ｃにおいては、積層型圧電
素子１の駆動時に発生する応力が均一化されるように側
面部２ｃ1 における積層型圧電素子１の一軸方向（中心
軸方向）で対称となる位置に応力調整穴としての長円形
穴６が形成されている。因みに、ここでの長円形穴６
は、ケース形バネ２ｃが円筒状であることにより、側面
部２ｃ1 における対向する位置に２個以上設けられる場
合の構成を示している。
【００２０】このような構成の圧電アクチュエータの場
合、ケース形バネ２ｃの側面部２ｃ 1 における積層型圧
電素子１の一軸方向で対称となる位置に長円形穴６が設
けられ、駆動時に発生する応力が高められるため、ケー
ス形バネ２ｃ全体において発生する応力の均一化を計る
ことができ、しかも一層質量を押えて固有振動数を高め
ることができるため、従来よりも広帯域な動作周波数を
有する高速で高応答なアクチュエータ特性が得られる。
合、ケース形バネ２ｃの側面部２ｃ 1 における積層型圧
電素子１の一軸方向で対称となる位置に長円形穴６が設
けられ、駆動時に発生する応力が高められるため、ケー
ス形バネ２ｃ全体において発生する応力の均一化を計る
ことができ、しかも一層質量を押えて固有振動数を高め
ることができるため、従来よりも広帯域な動作周波数を
有する高速で高応答なアクチュエータ特性が得られる。
【００２１】図４は、図３に示したケース形バネ２ｃの
穴を変形した別形態に係るケース形バネ２ｄを用いた場
合の圧電アクチュエータの外観を別な側面方向から示し
た側面図である。ここでは、図３に示したケース形バネ
２ｃの長円形穴６を図４に示されるようにケース形バネ
２ｄの菱形穴７として側面部２ｄ1 における積層型圧電
素子１の一軸方向（中心軸方向）で対称となる位置に設
けるように変形した例を示している。
穴を変形した別形態に係るケース形バネ２ｄを用いた場
合の圧電アクチュエータの外観を別な側面方向から示し
た側面図である。ここでは、図３に示したケース形バネ
２ｃの長円形穴６を図４に示されるようにケース形バネ
２ｄの菱形穴７として側面部２ｄ1 における積層型圧電
素子１の一軸方向（中心軸方向）で対称となる位置に設
けるように変形した例を示している。
【００２２】このように、応力調整穴の形状を菱形穴７
とすれば、側面部２ｄ1 における断面積の変化を押さえ
られるため、更に駆動時にケース形バネ２ｄに発生する
応力を均一化させることが可能となる。
とすれば、側面部２ｄ1 における断面積の変化を押さえ
られるため、更に駆動時にケース形バネ２ｄに発生する
応力を均一化させることが可能となる。
【００２３】従って、このような構成の圧電アクチュエ
ータの場合、ケース形バネ２ｄの側面部２ｄ1 における
積層型圧電素子１の一軸方向で対称となる位置に菱形穴
７が設けられ、駆動時に発生する応力が高められ、ケー
ス形バネ２ｄ全体において発生する応力の均一化を一層
適確に計ることができるため、質量を押えて固有振動数
を高めた上で従来よりも広帯域な動作周波数を有する高
速で高応答なアクチュエータ特性が得られる。
ータの場合、ケース形バネ２ｄの側面部２ｄ1 における
積層型圧電素子１の一軸方向で対称となる位置に菱形穴
７が設けられ、駆動時に発生する応力が高められ、ケー
ス形バネ２ｄ全体において発生する応力の均一化を一層
適確に計ることができるため、質量を押えて固有振動数
を高めた上で従来よりも広帯域な動作周波数を有する高
速で高応答なアクチュエータ特性が得られる。
【００２４】尚、上述した各実施例に係る圧電アクチュ
エータでは、何れも積層型圧電素子１を円柱状とすると
共に、外装用ケース形バネ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを円
筒状であるものとして説明したが、積層型圧電素子を角
柱状とすると共に、外装用ケース形バネを積層型圧電素
子の角柱断面の多角形と相似した断面多角形の側面部を
有する薄肉タイプのものとしても良い。この場合、ケー
ス形バネの寸法を積層型圧電素子の外形寸法よりも若干
大きくなるようにすれば、ケース形バネの端部に発生す
る曲げ応力を低減することができる。
エータでは、何れも積層型圧電素子１を円柱状とすると
共に、外装用ケース形バネ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを円
筒状であるものとして説明したが、積層型圧電素子を角
柱状とすると共に、外装用ケース形バネを積層型圧電素
子の角柱断面の多角形と相似した断面多角形の側面部を
有する薄肉タイプのものとしても良い。この場合、ケー
ス形バネの寸法を積層型圧電素子の外形寸法よりも若干
大きくなるようにすれば、ケース形バネの端部に発生す
る曲げ応力を低減することができる。
【００２５】
【発明の効果】以上に説明した通り、本発明の圧電アク
チュエータによれば、圧電素子に圧縮予圧荷重を与える
ケース形バネにおける圧電素子の伸縮方向に延びた側面
部と開口側と反対側の端面部とを波状可撓部を持たない
ように平坦に形成した上で駆動時に発生する応力を均一
化できるように側面部の肉厚を端面部の肉厚よりも薄く
形成したり、或いは側面部における圧電素子の一軸方向
で対称となる位置に応力調整穴を形成しているので、ケ
ース形バネの質量を低減した上で固有振動数を高くする
ことができため、従来よりも広帯域な動作周波数を有す
る高速で高応答なアクチュエータ特性が得られるように
なる。
チュエータによれば、圧電素子に圧縮予圧荷重を与える
ケース形バネにおける圧電素子の伸縮方向に延びた側面
部と開口側と反対側の端面部とを波状可撓部を持たない
ように平坦に形成した上で駆動時に発生する応力を均一
化できるように側面部の肉厚を端面部の肉厚よりも薄く
形成したり、或いは側面部における圧電素子の一軸方向
で対称となる位置に応力調整穴を形成しているので、ケ
ース形バネの質量を低減した上で固有振動数を高くする
ことができため、従来よりも広帯域な動作周波数を有す
る高速で高応答なアクチュエータ特性が得られるように
なる。
【図１】本発明の一実施例に係る圧電アクチュエータの
基本構成を示した側面断面図である。
基本構成を示した側面断面図である。
【図２】本発明の他の実施例に係る圧電アクチュエータ
の基本構成を示した側面断面図である。
の基本構成を示した側面断面図である。
【図３】図１に示した圧電アクチュエータに備えられる
ケース形バネに穴を形成して変形した他形態に係るケー
ス形バネを用いた場合の圧電アクチュエータの外観を別
な側面方向から示した側面図である。
ケース形バネに穴を形成して変形した他形態に係るケー
ス形バネを用いた場合の圧電アクチュエータの外観を別
な側面方向から示した側面図である。
【図４】図３に示したケース形バネの穴を変形した別形
態に係るケース形バネを用いた場合の圧電アクチュエー
タの外観を別な側面方向から示した側面図である。
態に係るケース形バネを用いた場合の圧電アクチュエー
タの外観を別な側面方向から示した側面図である。
【図５】従来の圧電アクチュエータの基本構成を示した
側面断面図である。
側面断面図である。
１ 積層型圧電素子 ２ ケース形バネ ２ａ1 ，２ｂ1 ，２ｃ1 ，２ｄ1 側面部 ２ａ2 ，２ｂ2 端面部 ２′ ベローズ ３ 底部材（ベース） ４ 固定フランジ ５ スペーサ ６ 長円形穴 ７ 菱形穴
Claims (4)
- 【請求項１】 開口側から一軸方向に延びた圧電素子を
収納した状態で該圧電素子の一端面が当接される当接面
を有すると共に、該圧電素子の該一軸方向と合致する伸
縮方向に圧縮予圧荷重を付与するケース形バネと、前記
ケース形バネの前記開口側から前記ケース形バネに装着
されて凸部の頂面が前記圧電素子の他端面に当接された
状態で該圧電素子及び該ケース形バネを保持する底部材
と、前記ケース形バネに係止されて所定の引っ張り荷重
をかけた状態で前記底部材と固定されるフランジとを備
えた圧電アクチュエータにおいて、前記ケース形バネ
は、前記圧電素子の前記伸縮方向に延びた側面部と前記
当接面を形成する前記開口側と反対側の端面部とが波状
可撓部を持たないように平坦に形成されたことを特徴と
する圧電アクチュエータ。 - 【請求項２】 請求項１記載の圧電アクチュエータにお
いて、前記ケース形バネは、前記圧電素子の駆動時に発
生する応力が均一化されるように前記側面部の肉厚が前
記端面部の肉厚よりも薄く形成されたことを特徴とする
圧電アクチュエータ。 - 【請求項３】 請求項１記載の圧電アクチュエータにお
いて、前記ケース形バネは、前記圧電素子の駆動時に発
生する応力が均一化されるように前記側面部における該
圧電素子の前記一軸方向で対称となる位置に応力調整穴
が形成されたことを特徴とする圧電アクチュエータ。 - 【請求項４】 請求項３記載の圧電アクチュエータにお
いて、前記応力調整穴は、菱形であることを特徴とする
圧電アクチュエータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000236920A JP2002058260A (ja) | 2000-08-04 | 2000-08-04 | 圧電アクチュエータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000236920A JP2002058260A (ja) | 2000-08-04 | 2000-08-04 | 圧電アクチュエータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002058260A true JP2002058260A (ja) | 2002-02-22 |
Family
ID=18728882
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000236920A Withdrawn JP2002058260A (ja) | 2000-08-04 | 2000-08-04 | 圧電アクチュエータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002058260A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007143307A (ja) * | 2005-11-18 | 2007-06-07 | Sony Corp | アクチュエータ、並びにブレーキ装置、流体制御装置、レンズ位置調整装置 |
| JP2008051798A (ja) * | 2006-07-27 | 2008-03-06 | Sii Nanotechnology Inc | 圧電アクチュエータおよびそれを用いた走査型プローブ顕微鏡 |
| JP2009545288A (ja) * | 2006-07-28 | 2009-12-17 | エプコス アクチエンゲゼルシャフト | バネ要素及びバネ要素を備えた圧電アクチュエータ |
| WO2011029081A3 (en) * | 2009-09-04 | 2011-07-21 | Viking At, Llc | Smart material actuator adapted for resonant operation |
| US8850892B2 (en) | 2010-02-17 | 2014-10-07 | Viking At, Llc | Smart material actuator with enclosed compensator |
| US10276776B2 (en) | 2013-12-24 | 2019-04-30 | Viking At, Llc | Mechanically amplified smart material actuator utilizing layered web assembly |
-
2000
- 2000-08-04 JP JP2000236920A patent/JP2002058260A/ja not_active Withdrawn
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007143307A (ja) * | 2005-11-18 | 2007-06-07 | Sony Corp | アクチュエータ、並びにブレーキ装置、流体制御装置、レンズ位置調整装置 |
| JP2008051798A (ja) * | 2006-07-27 | 2008-03-06 | Sii Nanotechnology Inc | 圧電アクチュエータおよびそれを用いた走査型プローブ顕微鏡 |
| JP2009545288A (ja) * | 2006-07-28 | 2009-12-17 | エプコス アクチエンゲゼルシャフト | バネ要素及びバネ要素を備えた圧電アクチュエータ |
| WO2011029081A3 (en) * | 2009-09-04 | 2011-07-21 | Viking At, Llc | Smart material actuator adapted for resonant operation |
| US8621756B2 (en) | 2009-09-04 | 2014-01-07 | Viking At, Llc | Smart material actuator adapted for resonant operation |
| US8850892B2 (en) | 2010-02-17 | 2014-10-07 | Viking At, Llc | Smart material actuator with enclosed compensator |
| US8879775B2 (en) | 2010-02-17 | 2014-11-04 | Viking At, Llc | Smart material actuator capable of operating in three dimensions |
| US10276776B2 (en) | 2013-12-24 | 2019-04-30 | Viking At, Llc | Mechanically amplified smart material actuator utilizing layered web assembly |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20070118 |
|
| A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20080129 |