JP2003101093A - Piezoelectric actuator - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、位置決め素子やス
イッチング素子等として用いられる圧電アクチュエータ
に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piezoelectric actuator used as a positioning element, a switching element or the like.
【０００２】[0002]
【従来の技術】矩形薄板状の圧電体の両面に薄膜電極を
形成した圧電素子を矩形金属板の片面に接着した構造を
有するモノモルフ素子では、圧電素子に所定の電圧を加
えた際に圧電体に生ずる厚み−横変位（３１モード）を
利用して、曲げ変位を生じさせている。この曲げ変位の
変位量は圧電素子に加える電圧の大きさによって変化さ
せることができることから、モノモルフ素子はスイッチ
ング素子や位置決め素子として用いられている。2. Description of the Related Art A monomorph element having a structure in which thin film electrodes are formed on both sides of a rectangular thin plate-like piezoelectric body and is adhered to one side of a rectangular metal plate is a piezoelectric element which is formed by applying a predetermined voltage to the piezoelectric element. Bending displacement is generated by utilizing the thickness-lateral displacement (31 mode) that occurs in (1). Since the displacement amount of this bending displacement can be changed according to the magnitude of the voltage applied to the piezoelectric element, the monomorph element is used as a switching element or a positioning element.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、モノモ
ルフ素子では薄板状の圧電素子自体が屈曲変位を起こす
ために圧電素子に応力が掛かり、圧電素子が疲労する。
このためモノモルフ素子の耐久性は必ずしもよいもので
はない。However, in the monomorph element, since the thin piezoelectric element itself causes bending displacement, stress is applied to the piezoelectric element and the piezoelectric element is fatigued.
Therefore, the durability of the monomorph element is not always good.
【０００４】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、耐久性に優れる圧電アクチュエータを提供
することを目的とする。The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a piezoelectric actuator having excellent durability.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明によれ
ば、略平行に配置された２枚の金属板と、厚み滑り変位
による剪断変形を生じ、前記２枚の金属板の間において
前記剪断変形が生ずるときの１対の変位面がそれぞれの
金属板と接着された圧電素子と、を有することを特徴と
する圧電アクチュエータ、が提供される。That is, according to the present invention, shear deformation is caused by two metal plates arranged substantially parallel to each other and a thickness sliding displacement, and the shear deformation occurs between the two metal plates. Provided is a piezoelectric actuator, characterized in that a pair of displacing surfaces when produced have respective piezoelectric elements bonded to respective metal plates.
【０００６】また、本発明によれば、略平行に配置され
た２枚の金属板と、それぞれが厚み滑り変位による剪断
変形を生じ、前記剪断変形が生ずるときの滑り変位量が
累積されて大きくなるように変位面どうしが接着され、
最も外側の変位面が前記２枚の金属板の間において前記
金属板と接着された複数の圧電素子と、を有することを
特徴とする圧電アクチュエータ、が提供される。Further, according to the present invention, the two metal plates arranged substantially parallel to each other and shear deformation due to the thickness slip displacement respectively, and the slip displacement amount when the shear deformation occurs is accumulated and becomes large. The displacement surfaces are glued together so that
A piezoelectric actuator, wherein the outermost displacement surface has a plurality of piezoelectric elements bonded to the metal plate between the two metal plates.
【０００７】このような圧電アクチュエータは、圧電素
子の厚み滑り変位（１５モード）による剪断変形を利用
して駆動するために圧電素子自体は屈曲し難く疲労によ
る劣化が起こり難くなる。こうして良好な耐久性が得ら
れる。Since such a piezoelectric actuator is driven by utilizing shear deformation due to thickness sliding displacement (15 modes) of the piezoelectric element, the piezoelectric element itself is hard to bend and deterioration due to fatigue hardly occurs. Good durability is thus obtained.
【０００８】[0008]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。図１は本発明に係る圧
電アクチュエータの一実施形態を示す断面図であり、図
２は図１に示す圧電アクチュエータ１０の変位形態を示
す説明図である。圧電アクチュエータ１０は略平行に配
置された２枚の金属板１１ａ・１１ｂの間に圧電素子１
２が挟まれて固定された構造を有する。金属板１１ａ・
１１ｂは一般的に一方向に長い矩形形状を有し（この長
手方向をＸ方向とする）、その一端は絶縁体の固定治具
２１によって固定されている。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a piezoelectric actuator according to the present invention, and FIG. 2 is an explanatory view showing a displacement form of the piezoelectric actuator 10 shown in FIG. The piezoelectric actuator 10 includes a piezoelectric element 1 between two metal plates 11a and 11b arranged substantially parallel to each other.
It has a structure in which 2 is sandwiched and fixed. Metal plate 11a
11b generally has a rectangular shape that is long in one direction (this longitudinal direction is the X direction), and one end thereof is fixed by a fixing jig 21 of an insulator.
【０００９】圧電素子１２はＸ方向に分極された圧電体
１３の厚み方向（Ｚ方向）の両面に電極膜１４ａ・１４
ｂが形成された構造を有している。圧電素子１２と金属
板１１ａ・１１ｂとは、電極膜１４ａが金属板１１ａと
導通するように、かつ、電極膜１４ｂが金属板１１ｂと
導通するように接着剤によって接着されている。圧電素
子１２は、通常、金属板１１ａ・１１ｂのＸ方向の一端
に固定される。金属板１１ａ・１１ｂを所定の電源１５
と接続することによって、金属板１１ａ・１１ｂを介し
て圧電素子１２に電圧を掛けることができる。なお、図
１中の符号１６はスイッチを示す。The piezoelectric element 12 has electrode films 14a and 14a on both sides in the thickness direction (Z direction) of the piezoelectric body 13 polarized in the X direction.
b has a structure formed. The piezoelectric element 12 and the metal plates 11a and 11b are bonded by an adhesive so that the electrode film 14a is electrically connected to the metal plate 11a and the electrode film 14b is electrically connected to the metal plate 11b. The piezoelectric element 12 is usually fixed to one end of the metal plates 11a and 11b in the X direction. The metal plates 11a and 11b are connected to a predetermined power source 15
By connecting with, it is possible to apply a voltage to the piezoelectric element 12 via the metal plates 11a and 11b. Reference numeral 16 in FIG. 1 indicates a switch.
【００１０】このような構造を有する圧電アクチュエー
タ１０においては、図２に示すように、スイッチ１６を
閉じて金属板１１ａ・１１ｂを介して電極膜１４ａ・１
４ｂに電圧（直流電圧）を掛けると、圧電素子１２には
剪断変形が生ずる。より詳しくは、圧電体１３には、電
極膜１４ａ・１４ｂが設けられている面がＸ方向に滑る
厚み滑り変位（以下、圧電素子１２において電極膜１４
ａ・１４ｂが設けられている面を説明の便宜上「変位
面」と呼ぶこととする）、つまり圧電定数ｄ１５による
１５モードの変位が生じる。金属板１１ａ・１１ｂの一
端は固定治具２１によって固定されているために、圧電
素子１２の剪断変形によって金属板１１ａ・１１ｂに応
力が生じ、この応力が打ち消されるように金属板１１ａ
・１１ｂに曲げ変位が生ずる。In the piezoelectric actuator 10 having such a structure, as shown in FIG. 2, the switch 16 is closed and the electrode films 14a.1 are connected via the metal plates 11a.11b.
When a voltage (DC voltage) is applied to 4b, shear deformation occurs in the piezoelectric element 12. More specifically, the piezoelectric body 13 has a thickness sliding displacement in which the surface on which the electrode films 14a and 14b are provided slides in the X direction (hereinafter referred to as the electrode film 14 in the piezoelectric element 12).
For convenience of description, the surface provided with a · 14b is referred to as a “displacement surface”), that is, displacement in 15 modes due to the piezoelectric constant d 15 occurs. Since one end of each of the metal plates 11a and 11b is fixed by the fixing jig 21, a stress is generated in the metal plates 11a and 11b due to the shear deformation of the piezoelectric element 12, and the metal plates 11a and 11b are cancelled.
・ 11b causes bending displacement.
【００１１】圧電アクチュエータ１０にこのような曲げ
変位が生じても、圧電素子１２が金属板１１ａ・１１ｂ
に接着されている部分では曲げ変位は発生しないため
に、圧電素子１２の疲労が抑制される。圧電素子１２の
金属板１１ａ・１１ｂに接着されている部分は、金属板
１１ａ・１１ｂの他の部分の曲げ変位に従って移動する
だけであるために、圧電アクチュエータ１０は従来のモ
ノモルフ素子と比較して耐久性に優れたものとなる。Even if such a bending displacement occurs in the piezoelectric actuator 10, the piezoelectric element 12 does not have the metal plates 11a and 11b.
Since bending displacement does not occur in the portion bonded to the piezoelectric element 12, fatigue of the piezoelectric element 12 is suppressed. Since the portion of the piezoelectric element 12 that is bonded to the metal plates 11a and 11b only moves in accordance with the bending displacement of the other portions of the metal plates 11a and 11b, the piezoelectric actuator 10 is compared with a conventional monomorph element. It has excellent durability.
【００１２】このように圧電アクチュエータ１０におい
ては、圧電素子１２を分極方向と電圧の印加方向とが直
交するような１５モードで駆動するために、圧電体１３
としては、１５モードの圧電定数ｄ１５の値および電気
機械結合係数ｋ１５の値が大きい圧電セラミックス、例
えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系の圧電セラミ
ックスが好適に用いられる。圧電素子１２は、最初に圧
電体１３のＸ方向端面に分極用電極を形成して分極処理
を行い、その後に分極用電極を除去し、分極が消滅しな
いようにＺ方向端面に電極膜１４ａ・１４ｂを形成して
作製される。As described above, in the piezoelectric actuator 10, in order to drive the piezoelectric element 12 in 15 modes in which the polarization direction and the voltage application direction are orthogonal to each other, the piezoelectric body 13 is used.
As the piezoelectric ceramics, piezoelectric ceramics having a large 15-mode piezoelectric constant d 15 and a large electromechanical coupling coefficient k 15 , for example, lead zirconate titanate (PZT) -based piezoelectric ceramics are preferably used. In the piezoelectric element 12, first, an electrode for polarization is formed on the end surface of the piezoelectric body 13 in the X direction to perform a polarization process, and then the electrode for polarization is removed to prevent the polarization from disappearing. 14b is formed and produced.
【００１３】金属板１１ａ・１１ｂとしては、例えば、
真鍮板、りん青銅板、銅板、ステンレス板が好適に用い
られ、その厚みは２０μｍ〜２００μｍのものが好適に
用いられる。金属板１１ａと金属板１１ｂとで異なる材
料の金属板を用いてもよい。金属板１１ａ・１１ｂと圧
電素子１２との接着は、接着層が圧電素子１２の変位を
吸収しないように強固に行うことが好ましく、例えば、
エポキシ系樹脂接着剤等の硬度の高い接着剤を用いて薄
い接着層を形成することが好ましい。なお、圧電素子１
２を金属板１１ａ・１１ｂに接着する際には、分極が消
滅しないように圧電素子１２に熱を極力かけないことが
望ましい。As the metal plates 11a and 11b, for example,
A brass plate, a phosphor bronze plate, a copper plate, and a stainless plate are preferably used, and those having a thickness of 20 μm to 200 μm are preferably used. Metal plates made of different materials may be used for the metal plate 11a and the metal plate 11b. It is preferable to firmly bond the metal plates 11a and 11b to the piezoelectric element 12 so that the adhesive layer does not absorb the displacement of the piezoelectric element 12. For example,
It is preferable to form the thin adhesive layer using an adhesive having a high hardness such as an epoxy resin adhesive. The piezoelectric element 1
When bonding 2 to the metal plates 11a and 11b, it is desirable that heat is not applied to the piezoelectric element 12 as much as possible so that polarization does not disappear.
【００１４】図１に示すように、圧電素子１２の厚みを
Ｌ１、圧電素子１２のＸ方向長さをＬ２とすると、変位
面の変位量はＬ１と圧電素子１２に掛ける電圧の大きさ
に依存し、Ｌ２に依存しない。Ｌ２の長さを短くすると
圧電素子１２と金属板１１ａ・１１ｂとの接着面積を小
さくできるために、均一な接着面を容易に形成すること
が可能となり、こうして圧電アクチュエータ１０毎の変
位特性のばらつきを小さくすることができる。一方、Ｌ
２を長くすることで大きな発生力を得ることができる。As shown in FIG. 1, assuming that the thickness of the piezoelectric element 12 is L1 and the length of the piezoelectric element 12 in the X direction is L2, the displacement amount of the displacement surface depends on L1 and the magnitude of the voltage applied to the piezoelectric element 12. However, it does not depend on L2. When the length of L2 is shortened, the bonding area between the piezoelectric element 12 and the metal plates 11a and 11b can be reduced, so that it is possible to easily form a uniform bonding surface, and thus the variation of the displacement characteristics among the piezoelectric actuators 10 can be achieved. Can be made smaller. On the other hand, L
By increasing the length of 2, a large generating force can be obtained.
【００１５】なお、従来のモノモルフ素子では圧電素子
の変位によって金属板に応力を発生させているために、
圧電素子と金属板との間の接着層が応力緩和層として機
能しないように、その厚みを十分に薄く、かつ、均一に
しなければならない。しかし、モノモルフ素子に用いる
圧電素子は一般的に厚みが薄いために機械的強度が弱
く、圧電素子と金属板とを接着させる際に圧電素子と金
属板との間に十分な力を加えることが困難である。これ
によりモノモルフ素子では、モノモルフ素子毎に接着層
の厚みがばらついてしまい、結果として変位量のばらつ
きが生じやすくなる。Incidentally, in the conventional monomorph element, since the stress is generated in the metal plate by the displacement of the piezoelectric element,
The thickness of the adhesive layer between the piezoelectric element and the metal plate must be sufficiently thin and uniform so that it does not function as a stress relaxation layer. However, since the piezoelectric element used for the monomorph element is generally thin, its mechanical strength is weak, and it is possible to apply a sufficient force between the piezoelectric element and the metal plate when the piezoelectric element and the metal plate are bonded. Have difficulty. As a result, in the monomorph element, the thickness of the adhesive layer varies from one monomorph element to another, and as a result, the amount of displacement tends to vary.
【００１６】しかし、圧電アクチュエータ１０では、圧
電素子１２の厚みを、例えば、１ｍｍと比較的厚く取る
ことが可能であるために、金属板１１ａ・１１ｂと圧電
素子１２と接着の際に十分な圧力を掛けることができ、
これにより接着層の厚みを均一なものとし圧電アクチュ
エータ１０毎の変位特性のばらつきを抑えることが容易
である。However, in the piezoelectric actuator 10, since the thickness of the piezoelectric element 12 can be made relatively large, for example, 1 mm, a sufficient pressure is applied when the metal plates 11a and 11b and the piezoelectric element 12 are bonded. Can be multiplied by
This makes it possible to make the thickness of the adhesive layer uniform and suppress variations in displacement characteristics among the piezoelectric actuators 10.
【００１７】圧電素子１２の駆動電圧を小さくするため
にはＬ１を短くすることが好ましい。しかし、Ｌ１を短
くすることは電圧を印加するために用いられる金属板１
１ａ・１１ｂ間の間隔を狭めることとなり、金属板１１
ａ・１１ｂ間で放電が発生し易くなるという問題が生ず
る。この問題を回避するために、例えば、金属板１１ａ
・１１ｂ間の空間部分には絶縁材を充填することが好ま
しい。この絶縁材としては、圧電アクチュエータ１０の
変位を阻害しないような柔らかい材料、例えば、シリコ
ンゴムや絶縁性ゲル材料等が好適に用いられる。また、
金属板１１ａ・１１ｂの圧電素子１２と接着されない部
分を樹脂テープで巻き、または樹脂コーティング等して
被覆して、金属板１１ａ・１１ｂどうしの絶縁を確保し
てもよい。In order to reduce the driving voltage of the piezoelectric element 12, it is preferable to shorten L1. However, shortening L1 means that the metal plate 1 used to apply the voltage is
The space between 1a and 11b is narrowed, and the metal plate 11
There arises a problem that discharge easily occurs between a and 11b. In order to avoid this problem, for example, the metal plate 11a
It is preferable to fill the space between 11b with an insulating material. As the insulating material, a soft material that does not hinder the displacement of the piezoelectric actuator 10, such as silicon rubber or an insulating gel material, is preferably used. Also,
The portions of the metal plates 11a and 11b that are not bonded to the piezoelectric element 12 may be wrapped with a resin tape or covered with a resin coating to ensure insulation between the metal plates 11a and 11b.
【００１８】固定治具２１から圧電素子１２までの金属
板１１ａ・１１ｂのＸ方向長さをＬ３とすると、圧電ア
クチュエータ１０の変位量、つまり、金属板１１ａ・１
１ｂが固定されていない自由端のＺ方向の変位量は、圧
電素子１２の変位面の変位量が一定であるならば、Ｌ３
が長くなると大きくなり、金属板１１ａ・１１ｂの厚み
が厚くなると小さくなる。このことは、次に説明する実
施例の試料１〜５の変位特性により裏付けされる。When the length of the metal plates 11a and 11b from the fixing jig 21 to the piezoelectric element 12 in the X direction is L3, the displacement of the piezoelectric actuator 10, that is, the metal plates 11a and 1b.
The displacement amount in the Z direction of the free end where 1b is not fixed is L3 if the displacement amount of the displacement surface of the piezoelectric element 12 is constant.
Becomes larger as the length increases, and becomes smaller as the thickness of the metal plates 11a and 11b increases. This is supported by the displacement characteristics of Samples 1 to 5 in the examples described below.
【００１９】表１には種々の形状を有する圧電アクチュ
エータ１０（試料１〜５）の形状パラメータと変位量が
示されている。表１に示した試料１〜５の変位量は、圧
電素子１２に１００Ｖの電圧を印加したときの変位量で
ある。また、試料５は試料２と同じ形状を有するが、金
属板１１ａ・１１ｂ間にはエポキシ樹脂が充填されてい
る。金属板１１ａ・１１ｂとしては表１に示す厚みを有
する真鍮板が用いられており、圧電体１３にはＰＺＴ系
セラミックスが用いられている。Table 1 shows shape parameters and displacement amounts of piezoelectric actuators 10 (samples 1 to 5) having various shapes. The displacement amounts of Samples 1 to 5 shown in Table 1 are displacement amounts when a voltage of 100 V is applied to the piezoelectric element 12. Further, the sample 5 has the same shape as the sample 2, but the epoxy resin is filled between the metal plates 11a and 11b. Brass plates having the thickness shown in Table 1 are used as the metal plates 11a and 11b, and PZT ceramics are used for the piezoelectric body 13.
【００２０】[0020]
【表１】 [Table 1]
【００２１】圧電アクチュエータ１０の変位量は試料１
〜３で約２〜３μｍであり、大きなものではないが、こ
のことは逆に電圧値を精密に制御する必要なくして、微
小変位を精密に制御できることを示唆している。また、
試料２と試料５の比較から、エポキシ樹脂が圧電アクチ
ュエータ１０の変位を阻害していることがわかるが、試
料５でも微小の変位量が得られていることから、圧電ア
クチュエータ１０は発生力が大きいものと推測される。The displacement amount of the piezoelectric actuator 10 is the sample 1
It is about 2-3 μm at ˜3, which is not a large value, but this suggests that minute displacement can be precisely controlled without the need to precisely control the voltage value. Also,
From the comparison between Sample 2 and Sample 5, it can be seen that the epoxy resin hinders the displacement of the piezoelectric actuator 10. However, since the sample 5 also has a small displacement amount, the piezoelectric actuator 10 has a large generating force. It is supposed to be.
【００２２】次に、本発明の圧電アクチュエータの別の
実施の形態について、図３の概略断面図を参照しながら
説明する。図３に示す圧電アクチュエータ３０は、平行
に配置された２枚の金属板３１ａ・３１ｂの間に、積層
された２個の圧電素子３２ａ・３２ｂが挟まれて固定さ
れた構造を有している。なお、図３においては、圧電素
子３２ａ・３２ｂのＺ方向端面に形成されている電極は
図示を省略している。Next, another embodiment of the piezoelectric actuator of the present invention will be described with reference to the schematic sectional view of FIG. The piezoelectric actuator 30 shown in FIG. 3 has a structure in which two stacked piezoelectric elements 32a and 32b are sandwiched and fixed between two metal plates 31a and 31b arranged in parallel. . Note that, in FIG. 3, the electrodes formed on the end faces in the Z direction of the piezoelectric elements 32a and 32b are not shown.
【００２３】圧電素子３２ａの圧電体は右向きに分極処
理が施されており、逆に、圧電素子３２ｂの圧電体は左
向きに分極処理が施されている。圧電素子３２ａ・３２
ｂ間には薄い金属板３１ｃが挟まれて固定されており、
この金属板３１ｃは共通電極となっている。金属板３１
ａ・３１ｂ・３１ｃの一端は固定治具４１により固定さ
れているが、後述するように金属板３１ｃには金属板３
１ｃが圧電アクチュエータ３０の変位を阻害しないよう
に所定の撓みが設けられている。The piezoelectric body of the piezoelectric element 32a is polarized rightward, while the piezoelectric body of the piezoelectric element 32b is polarized leftward. Piezoelectric elements 32a ・ 32
A thin metal plate 31c is sandwiched between b and fixed,
This metal plate 31c serves as a common electrode. Metal plate 31
Although one ends of a, 31b, and 31c are fixed by a fixing jig 41, the metal plate 31c is fixed to the metal plate 3 as described later.
Predetermined bending is provided so that 1c does not hinder the displacement of the piezoelectric actuator 30.
【００２４】図４は圧電アクチュエータ３０の変位形態
を示す説明図である。圧電アクチュエータ３０では、例
えば、金属板３１ａ・３１ｂを短絡して、金属板３１ｃ
と金属板３１ａ・３１ｂ間に、金属板３１ｃを高電位側
として所定の電圧を印加すると、圧電素子３２ａ・３２
ｂはともにＺ方向の上側端面が左向きに滑り、下側端面
が右向きに滑るように剪断変形する。こうして圧電素子
３２ａ・３２ｂに剪断変形が生ずるときの滑り変位量が
累積される。FIG. 4 is an explanatory view showing a displacement form of the piezoelectric actuator 30. In the piezoelectric actuator 30, for example, by short-circuiting the metal plates 31a and 31b, the metal plate 31c
When a predetermined voltage is applied between the metal plate 31a and 31b with the metal plate 31c on the high potential side, the piezoelectric elements 32a and 32a
Both b are sheared so that the upper end surface in the Z direction slides leftward and the lower end surface slides rightward. In this way, the amount of sliding displacement when shear deformation occurs in the piezoelectric elements 32a and 32b is accumulated.
【００２５】先に図１に示した圧電アクチュエータ１０
に用いられている圧電素子１２と圧電アクチュエータ３
０の圧電素子３２ａ・３２ｂの厚みが同じである場合に
は、圧電素子１２・３２ａ・３２ｂにそれぞれ同じ大き
さの電圧を印加すると、圧電素子３２ａ・３２ｂの合計
の変位量は圧電素子１２の２倍となる。つまり、圧電ア
クチュエータ３０では駆動電圧を上げることなく、圧電
アクチュエータ１０よりも大きな変位を得ることがで
き、逆に、駆動電圧を下げても圧電アクチュエータ１０
と同等の変位量を得ることもできる。The piezoelectric actuator 10 previously shown in FIG.
Element 12 and piezoelectric actuator 3 used for
When the thickness of the piezoelectric elements 32a and 32b of 0 is the same, if the same voltage is applied to the piezoelectric elements 12, 32a and 32b, the total displacement amount of the piezoelectric elements 32a and 32b will be the same as that of the piezoelectric element 12. Doubled. That is, the piezoelectric actuator 30 can obtain a larger displacement than the piezoelectric actuator 10 without increasing the drive voltage, and conversely, even if the drive voltage is reduced, the piezoelectric actuator 10 can be displaced.
It is also possible to obtain a displacement amount equivalent to.
【００２６】なお、圧電アクチュエータ３０において
は、金属板３１ｃには圧電素子３２ａからは圧縮応力が
掛かり、一方、圧電素子３２ｂからは引張応力が掛かる
ために、結果的に金属板３１ｃには殆ど応力が掛からな
い状態となる。このときの金属板３１ｃは、例えば、先
に表１に示した試料５において金属板１１ａ・１１ｂ間
に充填したエポキシ樹脂と同様に、圧電アクチュエータ
３０の変位を阻害する。そこで、金属板３１ｃを薄く
し、また、撓みを持たせて配置することで、金属板３１
ｃが圧電アクチュエータ３０の変位を阻害しないように
することができる。In the piezoelectric actuator 30, since the metal plate 31c is subjected to compressive stress from the piezoelectric element 32a and the piezoelectric element 32b is subjected to tensile stress, as a result, almost no stress is applied to the metal plate 31c. Is not applied. At this time, the metal plate 31c inhibits the displacement of the piezoelectric actuator 30, like the epoxy resin filled between the metal plates 11a and 11b in the sample 5 shown in Table 1 above. Therefore, by thinning the metal plate 31c and disposing the metal plate 31c so that the metal plate 31c is bent,
It is possible to prevent c from interfering with the displacement of the piezoelectric actuator 30.
【００２７】金属板３１ｃが圧電アクチュエータ３０の
変位を阻害しないようにする方法としては、金属板３１
ｃの一端を固定治具４１に固定しない方法があるが、こ
の場合には、金属板３１ｃが金属板３１ａ・３１ｂに接
触しないように確実に絶縁を確保する必要がある。ま
た、金属板３１ｃに代えて、絶縁被覆されたリード線を
用いてもよい。圧電素子を積層して金属板間に固定する
場合には、圧電素子の滑り変位量が累積されて大きくな
るような形態であるならば、積層する圧電素子の数は３
個以上であってもよい。As a method for preventing the metal plate 31c from hindering the displacement of the piezoelectric actuator 30, the metal plate 31c is used.
There is a method in which one end of c is not fixed to the fixing jig 41, but in this case, it is necessary to ensure the insulation so that the metal plate 31c does not contact the metal plates 31a and 31b. Also, instead of the metal plate 31c, an insulating coated lead wire may be used. When the piezoelectric elements are laminated and fixed between the metal plates, if the amount of sliding displacement of the piezoelectric elements is accumulated and becomes large, the number of laminated piezoelectric elements is three.
It may be more than one.
【００２８】[0028]
【発明の効果】上述の通り、本発明の圧電アクチュエー
タは、圧電素子自体に曲げ応力が掛からないために圧電
素子の疲労が抑制され、これにより優れた耐久性を示
す。また、圧電アクチュエータの変位量の大きさが圧電
素子の長さ（金属板の長手方向における長さ）に依存し
ないために、圧電素子と金属板との接着面積を小さくす
ることができ、これによっての圧電素子と金属板との接
着状態のばらつきを抑制して、圧電アクチュエータ毎の
変位特性のばらつきを抑えることができる。As described above, in the piezoelectric actuator of the present invention, since bending stress is not applied to the piezoelectric element itself, fatigue of the piezoelectric element is suppressed, and thereby excellent durability is exhibited. Further, since the amount of displacement of the piezoelectric actuator does not depend on the length of the piezoelectric element (the length in the longitudinal direction of the metal plate), the bonding area between the piezoelectric element and the metal plate can be reduced, which allows It is possible to suppress the variation in the bonding state between the piezoelectric element and the metal plate and suppress the variation in the displacement characteristic for each piezoelectric actuator.
【図１】本発明の圧電アクチュエータの一実施形態を示
す断面図。FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a piezoelectric actuator of the present invention.
【図２】図１に示す圧電アクチュエータの変位形態を示
す説明図。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a displacement form of the piezoelectric actuator shown in FIG.
【図３】本発明の圧電アクチュエータの別の実施形態を
示す断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view showing another embodiment of the piezoelectric actuator of the present invention.
【図４】図３に示す圧電アクチュエータの変位形態を示
す説明図。FIG. 4 is an explanatory view showing a displacement form of the piezoelectric actuator shown in FIG.
１０・３０；圧電アクチュエータ １１ａ・１１ｂ・３１ａ・３１ｂ・３１ｃ；金属板 １２・３２ａ・３２ｂ；圧電素子 １３；圧電体 １４ａ・１４ｂ；電極膜 １５；電源 １６；スイッチ ２１・４１；固定治具 10.30; Piezoelectric actuator 11a, 11b, 31a, 31b, 31c; Metal plate 12, 32a, 32b; piezoelectric element 13; piezoelectric 14a and 14b; electrode film 15; Power supply 16; switch 21 ・ 41; Fixing jig
Claims (4)
の間において前記剪断変形が生ずるときの１対の変位面
がそれぞれの金属板と接着された圧電素子と、を有する
ことを特徴とする圧電アクチュエータ。1. A pair of displacement planes when two metal plates arranged substantially parallel to each other and shear deformation due to a thickness sliding displacement occur, and the shear deformation occurs between the two metal plates, respectively. A piezoelectric actuator, comprising: a piezoelectric element bonded to a plate.
断変形が生ずるときの滑り変位量が累積されて大きくな
るように変位面どうしが接着され、最も外側の変位面が
前記２枚の金属板の間において前記金属板と接着された
複数の圧電素子と、 を有することを特徴とする圧電アクチュエータ。2. Metal plates arranged substantially parallel to each other, and shearing deformations caused by thickness-sliding displacements of the respective metal plates, and the displacement planes are so arranged that the sliding displacements when the shearing deformations are accumulated and become large. And a plurality of piezoelectric elements having the outermost displacement surface bonded between the two metal plates and the metal plates.
電素子によって占有されていない空間に絶縁体が充填さ
れていることを特徴とする請求項１または請求項２に記
載の圧電アクチュエータ。3. The piezoelectric actuator according to claim 1, wherein a space not occupied by the piezoelectric element is filled with an insulating material between the two metal plates.
ていない部分に絶縁コーティングが施されていることを
特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載
の圧電アクチュエータ。4. The piezoelectric actuator according to claim 1, wherein an insulating coating is applied to a portion of the metal plate that is not bonded to the piezoelectric element.
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