JP2002076460A - 圧電アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 積層型圧電素子の伸縮方向に圧縮予圧荷重を
与える基本構造を損なわずに製品全体の製造コストを削
減し得る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、圧電素
子１の両端面を板状の第１の固定部材７及び第２の固定
部材８で挟み込んだ上、一端側に係止用梁部６ａが設け
られた２本のワイヤバネ６をその他端側の先端から第１
の固定部材７における圧電素子１の当接部分の外方周囲
における所定の２箇所に設けられた第１の穴７ａ、並び
に第２の固定部材８における圧電素子１の当接部分の外
方周囲における所定の２箇所に設けられた第２の穴８ａ
に貫通させて所定の引っ張り荷重をかけた状態で係止用
梁部６ａが第１の穴７ａの周囲で係止され、且つ第２の
穴８ａの貫通部分が固定されることで圧電素子１におけ
る延在方向と合致する伸縮方向に圧縮予圧荷重を付与す
る構造としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【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
クチュエータであって、詳しくは複数のワイヤバネの張
力を利用して圧縮予圧荷重を付与すると共に、圧電素子
の側面が部分的に露呈された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。

【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。

【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。

【０００５】図５は、従来の圧電アクチュエータの基本
構成を一部を断面にして示した側面図である。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略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、金属製のケース
形バネの製造時にその側面部にバネ性（弾性）を持たせ
るためのベローズを形成しているが、このベローズを成
型するためには延性の乏しい高強度材料を適用すること
ができないため、材料の選定を十分に考慮した上で成型
後に熱処理を行う手順を経る必要があり、これによって
コスト高になってしまい、結果として製品全体の製造コ
ストが高く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、積層型圧電素子の
伸縮方向に圧縮予圧荷重を与える基本構造を損なわずに
製品全体の製造コストを十分削減し得る圧電アクチュエ
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、一軸方
向に延びた圧電素子と、圧電素子の一端面が当接される
と共に、該一端面の当接部分の外方周囲における所定の
複数箇所に第１の穴が設けられた第１の固定部材と、圧
電素子の他端面が当接されると共に、該他端面の当接部
分の外方周囲における所定の複数箇所に第１の穴に対向
するように第２の穴が設けられた第２の固定部材と、一
端側に係止用梁部が設けられると共に、他端側の先端か
ら第１の固定部材における第１の穴及び第２の固定部材
における第２の穴に貫通されて所定の引っ張り荷重がか
けられた状態で該係止用梁部が該第１の穴の周囲で係止
され、且つ該第２の穴の貫通部分が固定されることで圧
電素子における一軸方向と合致する伸縮方向に圧縮予圧
荷重を付与する複数のワイヤバネとを備えて成る圧電ア
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、複数のワイヤバネは、第２の固定部材に
おける前記第２の穴に貫通された部分が接合固定されて
成る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、複数のワイヤバネは、他端側の先端部
分を第２の固定部材の外方表面近傍で切断して成る圧電
アクチュエータが得られる。

【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。

【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一部を断面にして示した側面図
である。この圧電アクチュエータの場合、従来のように
金属製のケース形バネで一軸方向に延びた積層型圧電素
子１を収納する構造とは異なり、圧電素子１の両端面を
板状の第１の固定部材（上面用固定部材）７及び第２の
固定部材（下面用固定部材）８で挟み込んだ上、一端側
に係止用梁部６ａが設けられた２本のワイヤバネ６をそ
の他端側の先端から第１の固定部材７における圧電素子
１の当接部分の外方周囲における所定の２箇所に設けら
れた第１の穴７ａ、並びに第２の固定部材８における圧
電素子１の当接部分の外方周囲における所定の２箇所に
設けられた第２の穴８ａに貫通させて所定の引っ張り荷
重をかけた状態で係止用梁部６ａが第１の穴７ａの周囲
で係止され、且つ第２の穴８ａの貫通部分が固定される
ることで圧電素子１における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構造としている。

【００１３】即ち、この圧電アクチュエータは、一軸方
向に延びた圧電素子１と、この圧電素子１の一端面が当
接されると共に、一端面の当接部分の外方周囲における
所定の２箇所に第１の穴７ａが設けられた板状の第１の
固定部材７と、圧電素子１の他端面が当接されると共
に、他端面の当接部分の外方周囲における所定の２箇所
に第１の穴７ａに対向するように第２の穴８ａが設けら
れた第２の固定部材８と、一端側に係止用梁部６ａが設
けられると共に、他端側の先端から第１の固定部材７に
おける第１の穴７ａ及び第２の固定部材８における第２
の穴８ａに貫通されて所定の引っ張り荷重がかけられた
状態で係止用梁部６ａが第１の穴７ａの周囲で係止さ
れ、且つ第２の穴８ａの貫通部分が固定されることで圧
電素子１における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２本のワイヤバネ６とを備えて成って
いる。

【００１４】このうち、ワイヤバネ６は、例えばピアノ
線等の一般的なバネ性（弾性）を持たせるための線状材
料を使用することが可能である。又、係止用梁部６ａ
は、第１の固定部材７における外方表面の第１の穴７ａ
の周囲で抜け止め用に係止されるものであれば形状を任
意にして良く、例えば鍔部にすることも可能である。更
に、第１の固定部材７，第２の固定部材８は、何れも等
しい径の第１の穴７ａ，第２の穴８ａを有するものであ
るが、板厚を十分に厚くすれば一般的なプレス鋼板を使
用することができ、プレス加工及び穿孔加工によって容
易にして低コストで作製することができる。

【００１５】このような圧電アクチュエータの場合、従
来のようにベローズの成型を要する金属製のケース形バ
ネの代わりに２本のワイヤバネ６を用い、これらを圧電
素子１の両端面を挟み込んだ第１の固定部材７，第２の
固定部材８に所定の引っ張り荷重をかけた状態で固定す
るため、圧電素子１の側面が外観上部分的に露呈される
が、従来通りに圧電素子１における伸縮方向に十分な圧
縮予圧荷重を付与した上で製品全体を従来よりも簡単に
して低コストで作製することができる。

【００１６】尚、この圧電アクチュエータでは、２本の
ワイヤバネ６の他端側の先端部分であって、第２の固定
部材８における第２の穴８ａに貫通された部分が可締め
で行われるものとするが、この部分を溶接等により接合
固定しても良い。又、この圧電アクチュエータの細部を
変更し、第１の固定部材７の第１の穴７ａ及び第２の固
定部材８の第２の穴８ａの数をそれぞれ３箇所以上とし
た上で３本以上のワイヤバネ６を用いる構成（但し、第
１の穴７ａ及び第２の穴８ａの数とワイヤバネ６の本数
とは同数とする）にすることも可能である。

【００１７】図２は、上述した圧電アクチュエータを作
製するために要する加工装置の基本構成を一部を断面に
して示した側面図である。

【００１８】即ち、ここでは、加工装置により圧電素子
１に予圧荷重を付与する構造を得ることを示している。
具体的に言えば、初期的に２本のワイヤバネ６の他端側
の先端が圧電素子１の長さよりも十分長くなっており、
加工装置ではこの部分を加圧具９に取り付けられたクラ
ンプ１０で支持した上、第２の固定部材８に対して加圧
具９で圧縮荷重を与え、圧電素子１に予圧荷重を付与す
る。このとき、同時に加圧具９に対する反力がクランプ
１０を介して２本のワイヤバネ６に伝達され、これによ
ってワイヤバネ６には圧縮荷重相当の張力が付与され
る。

【００１９】そこで、加工装置ではこの状態で第２の固
定部材８における第２の穴８ａ近傍の側面を加工具１１
で塑性変形させてワイヤバネ６における第２の穴８ａの
貫通部分を第２の固定部材８に固定した後、切断具１２
でワイヤバネ６における他端側の先端部分の余分な箇所
を第２の固定部材８の外方表面近傍で切断する。こうし
た手順を経て図１に示したような圧電アクチュエータを
作製する。

【００２０】

【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、積層型圧電素子の両端面を板状の
第１の固定部材及び第２の固定部材で挟み込んだ上、一
端側に係止用梁部が設けられた複数のワイヤバネをその
他端側の先端から第１の固定部材における圧電素子の当
接部分の外方周囲における所定箇所に設けられた複数の
第１の穴、並びに第２の固定部材における圧電素子の当
接部分の外方周囲における所定箇所に設けられた複数の
第２の穴に貫通させて所定の引っ張り荷重をかけた状態
で係止用梁部が第１の穴の周囲で係止され、且つ第２の
穴の貫通部分が固定されることで圧電素子における延在
方向と合致する伸縮方向に圧縮予圧荷重を付与する構造
としているので、従来のように製造コスト高を招く要因
となるベローズの成型を要する金属製のケース形バネを
用いる必要が無くなり、これによって製品全体の製造コ
ストを十分削減し得るようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る圧電アクチュエータの
基本構成を一部を断面にして示した側面図である。

【図２】図１に示した圧電アクチュエータを作製するた
めに要する加工装置の基本構成を一部を断面にして示し
た側面図である。

【図３】従来の圧電アクチュエータの基本構成を一部を
断面にして示した側面図である。

【符号の説明】

１ 積層型圧電素子 ２ ケース形バネ 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 ワイヤバネ ６ａ 係止用梁部 ７ 第１の固定部材（上面用固定部材） ７ａ 第１の穴 ８ 第２の固定部材（下面用固定部材） ８ａ 第２の穴 ９ 加圧具 １０ クランプ １１ 加工具 １２ 切断具

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一軸方向に延びた圧電素子と、前記圧電
   素子の一端面が当接されると共に、該一端面の当接部分
   の外方周囲における所定の複数箇所に第１の穴が設けら
   れた第１の固定部材と、前記圧電素子の他端面が当接さ
   れると共に、該他端面の当接部分の外方周囲における所
   定の複数箇所に前記第１の穴に対向するように第２の穴
   が設けられた第２の固定部材と、一端側に係止用梁部が
   設けられると共に、他端側の先端から前記第１の固定部
   材における前記第１の穴及び前記第２の固定部材におけ
   る前記第２の穴に貫通されて所定の引っ張り荷重がかけ
   られた状態で該係止用梁部が該第１の穴の周囲で係止さ
   れ、且つ該第２の穴の貫通部分が固定されることで前記
   圧電素子における前記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複数のワイヤバネとを備えて成る
   ことを特徴とする圧電アクチュエータ。
2. 【請求項２】 請求項１記載の圧電アクチュエータにお
   いて、前記複数のワイヤバネは、前記第２の固定部材に
   おける前記第２の穴に貫通された部分が接合固定されて
   成ることを特徴とする圧電アクチュエータ。
3. 【請求項３】 請求項２記載の圧電アクチュエータにお
   いて、前記複数のワイヤバネは、前記他端側の先端部分
   を前記第２の固定部材の外方表面近傍で切断して成るこ
   とを特徴とする圧電アクチュエータ。