JP2010164108A - Diaphragm type actuator, multiple layer diaphragm type actuator, and air spring structure - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a diaphragm type actuator having required strength without separately requiring a sensor for detecting vibration. <P>SOLUTION: The diaphragm type actuator 10 has an actuator piezoelectric element 20 bonded on one surface of a flat spring 22, and has a sensor piezoelectric element 24 bonded on another surface. The actuator piezoelectric element 20 is formed out of piezoelectric ceramic, covers one surface of the flat spring 22, and is bonded on the flat spring 22 by adhesive. The sensor piezoelectric element 24 has a same structure. Lead wire 32 taking out voltage generated by the sensor piezoelectric element 24 correspondingly to its deformation quantity is attached to a side surface of the sensor piezoelectric element 24, and another end of the lead wire 32 is connected to a control means 26 outputting control signal deforming the actuator piezoelectric element 20. Lead wire 30 applying voltage is attached to a side surface of the actuator piezoelectric element 20, and another end of the lead wire 30 is connected to a voltage generation means 28. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、膜型アクチュエータ、複層膜型アクチュエータ、及び空気バネ構造に関する。   The present invention relates to a membrane actuator, a multilayer membrane actuator, and an air spring structure.

柔らかく衝撃に強い膜型圧電素子が開発されている(非特許文献1)。
即ち、図9(A)に示すように、非特許文献1の膜型圧電素子12は、繊維状の圧電セラミック14の両側面に、電極が印刷されたポリイミドフィルム16をエポキシ樹脂18で接合した構成である。これにより、柔らかく衝撃に強い膜型圧電素子12が実現された。
A film-type piezoelectric element that is soft and resistant to impact has been developed (Non-Patent Document 1).
That is, as shown in FIG. 9A, in the film-type piezoelectric element 12 of Non-Patent Document 1, a polyimide film 16 on which electrodes are printed is bonded to both sides of a fibrous piezoelectric ceramic 14 with an epoxy resin 18. It is a configuration. Thereby, the film-type piezoelectric element 12 that is soft and resistant to impact was realized.

そして、図9(B)に示すように、膜型圧電素子12を靴80の底に組み込み、歩行時の衝撃を吸収するアクティブクッションとして利用されている。   Then, as shown in FIG. 9B, the membrane-type piezoelectric element 12 is incorporated in the bottom of the shoe 80 and used as an active cushion that absorbs an impact during walking.

しかし、膜型圧電素子12は、靴80に加えられた衝撃を、折り曲げられた膜型圧電素子12自体が直接吸収する構成であり、建物の躯体等の重量物を支持し、その衝撃を低減するような強度は有していない。また、衝撃力を測定する加速度センサが別途必要となり、コンパクトな装置構成ができない。   However, the membrane-type piezoelectric element 12 is configured such that the impact applied to the shoe 80 is directly absorbed by the folded membrane-type piezoelectric element 12 itself, supporting heavy objects such as a building frame and reducing the impact. Does not have such strength. In addition, an acceleration sensor for measuring the impact force is required separately, and a compact device configuration cannot be achieved.

電気通信大学認知機能工学科ロボティクス講座下条・明研究室ホームページThe University of Electro-Communications Department of Cognitive Function Engineering Robotics Laboratory

本発明は、上記事実に鑑み、要求される強度を備え、振動を検出するセンサを別途必要としない膜型アクチュエータを提供することを目的とする。   In view of the above facts, an object of the present invention is to provide a membrane actuator that has the required strength and does not require a separate sensor for detecting vibration.

請求項1に記載の発明に係る膜型アクチュエータは、平面状のコア部材と、前記コア部材の一方の片面に接合され、前記コア部材と共に変形し、自らの歪量に対応した電圧を発生させる膜型のセンサ用圧電素子と、前記コア部材の他方の片面に接合され、印加電圧に基づいて変形し、前記コア部材を変形させる膜型のアクチュエータ用圧電素子と、を有することを特徴としている。   The membrane actuator according to the invention of claim 1 is joined to a planar core member and one side of the core member, deforms together with the core member, and generates a voltage corresponding to its own strain amount. A film-type piezoelectric element for a sensor; and a film-type piezoelectric element for an actuator which is bonded to the other surface of the core member and deforms based on an applied voltage to deform the core member. .

請求項1に記載の発明によれば、センサ用圧電素子が、コア部材と共に変形し自らの歪量に対応した電圧を発生させてセンサとして作用する。また、アクチュエータ用圧電素子が印加電圧に基づいて変形し、アクチュエータとして機能してコア部材を変形させる。   According to the invention of claim 1, the piezoelectric element for sensor is deformed together with the core member, and generates a voltage corresponding to its own amount of strain to act as a sensor. Further, the piezoelectric element for actuator is deformed based on the applied voltage, and functions as an actuator to deform the core member.

これにより、膜型アクチュエータを、振動を抑制したい面に接合すれば、センサ用圧電素子が、接合された面の振動による変形量に応じた電圧を発生し、振動を検出できる。そして、アクチュエータ用圧電素子が、加えられた印加電圧に基づいて膜型アクチュエータを変形させ、接合された面に力を作用させ、接合面の振動を抑制する。   As a result, when the membrane actuator is joined to the surface where vibration is desired to be suppressed, the piezoelectric element for sensor generates a voltage corresponding to the amount of deformation caused by the vibration of the joined surface, and the vibration can be detected. Then, the actuator piezoelectric element deforms the membrane actuator based on the applied voltage, applies a force to the bonded surfaces, and suppresses vibration of the bonded surfaces.

また、コア部材を用いることで、膜型アクチュエータの強度を高めることができる。
この結果、要求される強度を備え、振動を検出するセンサを別途必要としない膜型アクチュエータが提供できる。
Moreover, the strength of the membrane actuator can be increased by using the core member.
As a result, it is possible to provide a membrane actuator that has the required strength and does not require a separate sensor for detecting vibration.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の膜型アクチュエータにおいて、前記センサ用圧電素子からの出力に基づいて、前記アクチュエータ用圧電素子を変形させる制御信号を出力する制御手段と、前記制御信号に基づいて、前記印加電圧を発生させる電圧発生手段と、を有することを特徴としている。   According to a second aspect of the present invention, in the membrane actuator according to the first aspect, a control means for outputting a control signal for deforming the actuator piezoelectric element based on an output from the sensor piezoelectric element; Voltage generating means for generating the applied voltage based on a control signal.

請求項2に記載の発明によれば、制御手段は、アクチュエータ用圧電素子を変形させる制御信号を電圧発生手段へ出力する。電圧発生手段は、制御信号に基づいて印加電圧を発生させ、アクチュエータ用圧電素子に出力する。アクチュエータ用圧電素子は、印加電圧に従い変形してコア部材に力を作用させる。
この結果、膜型アクチュエータが、振動を検出するセンサを別途必要としないで、接合された面の振動を抑制するよう作用する。
According to the second aspect of the invention, the control means outputs a control signal for deforming the actuator piezoelectric element to the voltage generating means. The voltage generating means generates an applied voltage based on the control signal and outputs the applied voltage to the actuator piezoelectric element. The piezoelectric element for actuator is deformed according to the applied voltage and applies a force to the core member.
As a result, the membrane actuator acts to suppress the vibration of the joined surfaces without requiring a separate sensor for detecting the vibration.

請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の膜型アクチュエータにおいて、前記センサ用圧電素子及び前記アクチュエータ用圧電素子は、シート状に成形された矩形圧電セラミック繊維の両面に、ポリイミドフィルム印刷電極を接合した膜型の圧電素子であり、前記コア部材は板バネであることを特徴としている。   According to a third aspect of the present invention, in the membrane actuator according to the first or second aspect, the piezoelectric element for sensor and the piezoelectric element for the actuator are formed on both sides of a rectangular piezoelectric ceramic fiber formed into a sheet shape. It is a film-type piezoelectric element to which a film printing electrode is bonded, and the core member is a leaf spring.

これにより、圧電素子の薄膜化が可能となり、膜型アクチュエータの膜型化が図れる。また、コア部材として板バネを使用することで、膜型アクチュエータが、強度を備えると共に、柔らかく衝撃に強いアクチュエータとなる。   As a result, the piezoelectric element can be made thin, and the film actuator can be made thin. In addition, by using a leaf spring as the core member, the membrane type actuator becomes an actuator that has strength and is soft and resistant to impact.

請求項4に記載の発明に係る複層膜型アクチュエータは、自らの歪量に対応した電圧を発生させる膜型のセンサ用圧電素子と、前記センサ用圧電素子の両面に接合され、印加電圧に基づいて変形する膜型のアクチュエータ用圧電素子と、を有することを特徴としている。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a multilayer film type actuator, comprising: a film type sensor piezoelectric element that generates a voltage corresponding to its own strain amount; And a film-type actuator piezoelectric element that deforms based on the above.

請求項4に記載の発明によれば、センサ用圧電素子が自らの歪量に対応した電圧を発生させ、センサとして作用する。また、積層されたアクチュエータ用圧電素子が、印加電圧に基づいて変形し、アクチュエータとして機能する。   According to the fourth aspect of the present invention, the piezoelectric element for sensor generates a voltage corresponding to its own amount of strain and acts as a sensor. The stacked piezoelectric element for actuator is deformed based on the applied voltage and functions as an actuator.

これにより、複層膜型アクチュエータを、振動を抑制したい面に接合すれば、センサ用圧電素子が接合された面の振動による変形量に応じた電圧を発生する。そして、複層とされたアクチュエータ用圧電素子が、加えられた印加電圧に基づいて複層膜型アクチュエータを変形させ、複合された力を接合された面に作用させ、接合面の振動を抑制する。   As a result, when the multilayer film type actuator is joined to the surface where vibration is to be suppressed, a voltage corresponding to the amount of deformation caused by the vibration of the surface to which the piezoelectric element for sensor is joined is generated. Then, the actuator piezoelectric element made into a multi-layer deforms the multi-layer film type actuator based on the applied voltage, causes the combined force to act on the joined surface, and suppresses vibration of the joined surface. .

この結果、振動を検出するセンサを別途必要としない、高出力な複層膜型アクチュエータが提供できる。   As a result, it is possible to provide a high-power multilayer film type actuator that does not require a separate sensor for detecting vibration.

請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の複層膜型アクチュエータにおいて、前記センサ用圧電素子が複数枚配置され、前記複数枚のセンサ用圧電素子の両面に前記アクチュエータ用圧電素子が積層されたことを特徴としている。   According to a fifth aspect of the present invention, in the multilayer film type actuator according to the fourth aspect, a plurality of the sensor piezoelectric elements are arranged, and the actuator piezoelectric elements are disposed on both surfaces of the plurality of sensor piezoelectric elements. It is characterized by being laminated.

請求項5に記載の発明によれば、センサ用圧電素子が、平面状に複数枚配置されている。これにより、複数枚とされたセンサ用圧電素子の位置別にセンシングが可能となる。
また、複数枚のセンサ用圧電素子の両面に、アクチュエータ用圧電素子が複数枚積層されている。これにより、アクチュエータ用圧電素子が高出力なアクチュエータとして機能する。
According to the fifth aspect of the present invention, a plurality of sensor piezoelectric elements are arranged in a planar shape. Thereby, sensing is possible according to the position of the plurality of sensor piezoelectric elements.
In addition, a plurality of actuator piezoelectric elements are stacked on both surfaces of a plurality of sensor piezoelectric elements. Thereby, the piezoelectric element for actuator functions as a high output actuator.

請求項6に記載の発明は、請求項4又は5に記載の複層膜型アクチュエータにおいて、 前記センサ用圧電素子からの出力に基づいて、前記アクチュエータ用圧電素子を変形させる制御信号を出力する制御手段と、前記制御信号に基づいて、前記印加電圧を発生させる電圧発生手段と、を有することを特徴としている。   A sixth aspect of the present invention is the multilayer film actuator according to the fourth or fifth aspect, wherein a control signal for deforming the actuator piezoelectric element is output based on an output from the sensor piezoelectric element. And a voltage generating means for generating the applied voltage based on the control signal.

請求項6に記載の発明によれば、制御手段は、アクチュエータ用圧電素子を変形させる制御信号を電圧発生手段へ出力する。電圧発生手段は、制御信号に基づいて印加電圧を発生させ、アクチュエータ用圧電素子に出力する。アクチュエータ用圧電素子は、印加電圧に従い変形して力を作用させる。
この結果、複層膜型アクチュエータが、振動を検出するセンサを別途必要としないで、接合された面の振動を抑制するよう作用する。
According to the sixth aspect of the present invention, the control means outputs a control signal for deforming the actuator piezoelectric element to the voltage generating means. The voltage generating means generates an applied voltage based on the control signal and outputs the applied voltage to the actuator piezoelectric element. The piezoelectric element for actuator is deformed according to the applied voltage and exerts a force.
As a result, the multilayer film type actuator acts to suppress the vibration of the bonded surfaces without requiring a separate sensor for detecting vibration.

請求項7に記載の発明は、請求項4〜6のいずれか1項に記載の複層膜型アクチュエータにおいて、前記センサ用圧電素子及び前記アクチュエータ用圧電素子は、シート状に成形された矩形圧電セラミック繊維の両面に、ポリイミドフィルム印刷電極を接合した圧電素子であることを特徴としている。   A seventh aspect of the present invention is the multilayer film actuator according to any one of the fourth to sixth aspects, wherein the piezoelectric element for sensor and the piezoelectric element for actuator are rectangular piezoelectric elements formed into a sheet shape. It is a piezoelectric element in which polyimide film printed electrodes are bonded to both sides of a ceramic fiber.

これにより、圧電素子の薄膜化が可能となり、積層が容易となる。また、積層状態においても複層膜型アクチュエータの膜型化が図れる。   As a result, the piezoelectric element can be made thin, and stacking is facilitated. Further, even in a laminated state, the multilayer film type actuator can be made into a film type.

請求項8に記載の発明は、空気バネ構造において、請求項1〜3のいずれか1項に記載の膜型アクチュエータ、若しくは請求項4〜7のいずれか1項に記載の複層膜型アクチュエータが、機器類の載置台を支持する空気バネの外周面に接合されたことを特徴としている。   The invention according to claim 8 is an air spring structure, wherein the membrane actuator according to any one of claims 1 to 3 or the multilayer membrane actuator according to any one of claims 4 to 7. However, it is characterized in that it is joined to the outer peripheral surface of the air spring that supports the mounting table of the equipment.

請求項8に記載の発明によれば、膜型アクチュエータ、又は複層膜型アクチュエータが機器類の載置台を支持する空気バネの外周面に接合されている。また、センサ用圧電素子が外周面の振動を検出し、アクチュエータ用圧電素子が振動を打ち消す方向に外周面に力を作用させ、空気バネの支持剛性を変化させる。   According to the eighth aspect of the present invention, the membrane actuator or the multilayer membrane actuator is joined to the outer peripheral surface of the air spring that supports the mounting table of the equipment. Further, the sensor piezoelectric element detects the vibration of the outer peripheral surface, and a force is applied to the outer peripheral surface in a direction in which the actuator piezoelectric element cancels the vibration, thereby changing the support stiffness of the air spring.

これにより、載置台の振動を検出するセンサを載置台に、及び床面の振動を検出するセンサを床面にそれぞれ別途設けなくても、載置された機器類の稼動に基づく載置台の振動を検出できる。また、検出された振動に基づき、アクチュエータ用圧電素子で空気バネの支持剛性を変化させ、載置台の振動抑制、及び床面から空気バネが支持している載置台への振動の伝播を任意に調整できる。   Thus, the vibration of the mounting table based on the operation of the mounted devices can be provided without separately providing a sensor for detecting the vibration of the mounting table and a sensor for detecting the vibration of the floor on the floor. Can be detected. Also, based on the detected vibration, the support stiffness of the air spring is changed by the piezoelectric element for the actuator, so that the vibration of the mounting table can be suppressed and the propagation of vibration from the floor surface to the mounting table supported by the air spring Can be adjusted.

本発明は、上記構成としてあるので、要求される強度を備え、振動を検出するセンサを別途必要としない膜型アクチュエータを提供できる。   Since the present invention is configured as described above, it is possible to provide a membrane actuator that has the required strength and does not require a separate sensor for detecting vibration.

本発明の第1の実施の形態に係る膜型アクチュエータの基本構成を示す図である。It is a figure which shows the basic composition of the membrane type actuator which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態に係るアクチュエータ用圧電素子の基本構成を示す図である。It is a figure which shows the basic composition of the piezoelectric element for actuators concerning the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態に係る複層膜型アクチュエータの基本構成を示す図である。It is a figure which shows the basic composition of the multilayer film type actuator which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態に係る膜型アクチュエータを梁に接合した、梁構造の基本構成を示す図である。It is a figure which shows the basic composition of a beam structure which joined the film | membrane type actuator which concerns on the 3rd Embodiment of this invention to the beam. 本発明の第4の実施の形態に係る膜型アクチュエータを壁材に接合した、建築部材の基本構成を示す図である。It is a figure which shows the basic composition of the building member which joined the membrane type actuator which concerns on the 4th Embodiment of this invention to the wall material. 本発明の第5の実施の形態に係る膜型アクチュエータを振動板に接合した、スピーカの基本構成を示す図である。It is a figure which shows the basic composition of the speaker which joined the diaphragm type actuator which concerns on the 5th Embodiment of this invention to the diaphragm. 本発明の第5の実施の形態に係る膜型アクチュエータを振動板に接合した、スピーカの基本構成を示す図である。It is a figure which shows the basic composition of the speaker which joined the diaphragm type actuator which concerns on the 5th Embodiment of this invention to the diaphragm. 本発明の第6の実施の形態に係る膜型アクチュエータを空気バネの外周面に接合した、空気バネ構造の基本構成を示す図である。It is a figure which shows the basic composition of the air spring structure which joined the film | membrane type actuator which concerns on the 6th Embodiment of this invention to the outer peripheral surface of the air spring. 従来例の膜型圧電素子の基本構造と応用例を示す図である。It is a figure which shows the basic structure and application example of the film-type piezoelectric element of a prior art example.

(第1の実施の形態)
図1に示すように、第1の実施の形態に係る膜型アクチュエータ10は、板バネ22の一方の片面にアクチュエータ用圧電素子20が接合され、他方の片面にはセンサ用圧電素子24が接合されている。
(First embodiment)
As shown in FIG. 1, in the membrane actuator 10 according to the first embodiment, an actuator piezoelectric element 20 is bonded to one side of a leaf spring 22, and a sensor piezoelectric element 24 is bonded to the other side. Has been.

板バネ22は、バネ鋼で平面状に成形され、用途に応じて面積、厚さ、及び弾性が決定され、膜型アクチュエータ10のコア部材として作用する。   The leaf spring 22 is made of spring steel into a flat shape, and its area, thickness, and elasticity are determined according to the application, and acts as a core member of the membrane actuator 10.

アクチュエータ用圧電素子20は、後述する圧電セラミックで膜状に形成され、板バネ22の一方の片面を覆う面積とされている。アクチュエータ用圧電素子20と板バネ22は、エポキシ樹脂等の接着剤で接合されている。   The actuator piezoelectric element 20 is formed into a film shape with a piezoelectric ceramic described later, and has an area covering one surface of the leaf spring 22. The piezoelectric element for actuator 20 and the leaf spring 22 are joined with an adhesive such as epoxy resin.

センサ用圧電素子24は、同じく、後述する圧電セラミックで膜状に形成され、アクチュエータ用圧電素子20が接合されていない側の板バネ22の片面に、エポキシ樹脂等の接着剤で接合されている。   Similarly, the sensor piezoelectric element 24 is formed in a film shape from a piezoelectric ceramic, which will be described later, and is bonded to one surface of the leaf spring 22 on the side to which the actuator piezoelectric element 20 is not bonded by an adhesive such as epoxy resin. .

センサ用圧電素子24の側面には、センサ用圧電素子24が自らの歪量に対応して発生させた電圧を取り出すためのリード線32が取付けられ、リード線32の他端は、アクチュエータ用圧電素子20を変形させる制御信号を出力する、制御手段26に接続されている。   A lead wire 32 for taking out a voltage generated by the sensor piezoelectric element 24 corresponding to its own strain amount is attached to the side surface of the sensor piezoelectric element 24, and the other end of the lead wire 32 is connected to the actuator piezoelectric element. It is connected to a control means 26 that outputs a control signal for deforming the element 20.

また、アクチュエータ用圧電素子20の側面には、アクチュエータ用圧電素子20に電圧を印加するリード線30が取付けられ、リード線30の他端は、印加電圧を発生させる電圧発生手段28に接続されている。そして、制御手段26と電圧発生手段28はリード線27で接続されている。   Further, a lead wire 30 for applying a voltage to the actuator piezoelectric element 20 is attached to a side surface of the actuator piezoelectric element 20, and the other end of the lead wire 30 is connected to a voltage generating means 28 for generating an applied voltage. Yes. The control means 26 and the voltage generation means 28 are connected by a lead wire 27.

ここに、アクチュエータ用圧電素子20は、図9(A)で説明した膜型圧電素子12と同じ構成である。即ち、図2(A)に示すように、膜状とされた繊維状の圧電セラミック14の両側面に、電極が印刷されたポリイミドフィルム16をエポキシ樹脂18(図示せず)で接合した構造である。なお、ポリイミドフィルム16は圧電セラミック14を覆う大きさとされ、電極にリード線30が接続されている。   Here, the piezoelectric element for actuator 20 has the same configuration as the film-type piezoelectric element 12 described with reference to FIG. That is, as shown in FIG. 2A, a polyimide film 16 having electrodes printed thereon is bonded to both sides of a fibrous piezoelectric ceramic 14 formed into a film by an epoxy resin 18 (not shown). is there. The polyimide film 16 is sized to cover the piezoelectric ceramic 14, and lead wires 30 are connected to the electrodes.

このように、圧電セラミック14を膜状に成形し、両面にポリイミドフィルム16を接合したことで、圧電素子の薄膜化が可能となる。
また、図2(B)に示すように、圧電セラミック14の両側面に、リード線30を介して電圧を印加すれば、印加された電圧値に従った歪が発生し、アクチュエータ用圧電素子20を矢印のW1、若しくはW2の方向に変形させることができる。
Thus, the piezoelectric ceramic 14 is formed into a film shape, and the polyimide film 16 is bonded to both surfaces, whereby the piezoelectric element can be made thin.
Further, as shown in FIG. 2B, when a voltage is applied to both side surfaces of the piezoelectric ceramic 14 via the lead wire 30, distortion according to the applied voltage value is generated, and the piezoelectric element 20 for actuator is generated. Can be deformed in the direction of the arrow W1 or W2.

更に、センサ用圧電素子24も、アクチュエータ用圧電素子20と同じ構造である。そして、センサ用圧電素子24においては、図2(B)に示すように、矢印のW1、若しくはW2の方向に変形された場合、圧電セラミック14の両側面に歪量に応じた電圧が発生する。この電圧をセンサ出力として、ポリイミドフィルム16に接続したリード線32から取り出すことができる。   Further, the sensor piezoelectric element 24 has the same structure as the actuator piezoelectric element 20. In the sensor piezoelectric element 24, as shown in FIG. 2B, when the sensor piezoelectric element 24 is deformed in the direction of the arrow W1 or W2, a voltage corresponding to the amount of strain is generated on both side surfaces of the piezoelectric ceramic 14. . This voltage can be taken out from the lead wire 32 connected to the polyimide film 16 as a sensor output.

また、コア部材として板バネ22を使用することで、膜型アクチュエータ10を、要求される強度を備え、柔らかく衝撃に強い圧電素子とすることができる。   Further, by using the leaf spring 22 as the core member, the membrane actuator 10 can be a piezoelectric element that has the required strength and is soft and resistant to impact.

これにより、図1に示すように、例えば、膜型アクチュエータ10が、矢印W1方向の力を受けて変形した場合、センサ用圧電素子24は歪量に応じた電圧を発生させ、制御手段26に出力する。制御手段26は、入力された電圧情報に基づき、アクチュエータ用圧電素子20を変形させる制御信号を発生させ、電圧発生手段28へ出力する。電圧発生手段28は、制御信号に基づき印加電圧を発生させて、アクチュエータ用圧電素子20に印加する。アクチュエータ用圧電素子20は、印加された電圧に従い変形して板バネ22に力を作用させ、板バネ22に接合されたセンサ用圧電素子24の歪を抑制する。   As a result, as shown in FIG. 1, for example, when the membrane actuator 10 is deformed by receiving a force in the direction of the arrow W1, the sensor piezoelectric element 24 generates a voltage corresponding to the amount of strain and causes the control means 26 to Output. The control unit 26 generates a control signal for deforming the actuator piezoelectric element 20 based on the input voltage information, and outputs the control signal to the voltage generation unit 28. The voltage generation means 28 generates an applied voltage based on the control signal and applies it to the actuator piezoelectric element 20. The actuator piezoelectric element 20 is deformed according to the applied voltage to apply a force to the leaf spring 22 and suppress the distortion of the sensor piezoelectric element 24 joined to the leaf spring 22.

以上説明したように、膜型アクチュエータ10は、振動を検出するセンサを別途必要とせず、かつ、コア部材を板バネ22とすることで要求される強度を確保できる。   As described above, the membrane actuator 10 does not require a separate sensor for detecting vibration, and can secure the required strength by using the leaf spring 22 as the core member.

(第2の実施の形態)
図3に示すように、第2の実施の形態に係る複層膜型アクチュエータ62は、センサ用圧電素子24が同一平面上に複数枚並べられている。また、センサ用圧電素子24の両面には、アクチュエータ用圧電素子20が、上下方向に複数枚積層されている。
(Second Embodiment)
As shown in FIG. 3, the multilayer film type actuator 62 according to the second embodiment has a plurality of sensor piezoelectric elements 24 arranged on the same plane. Further, a plurality of actuator piezoelectric elements 20 are stacked in the vertical direction on both surfaces of the sensor piezoelectric element 24.

ここに、センサ用圧電素子24とアクチュエータ用圧電素子20は、第1の実施の形態で説明したものと同じ構成である。即ち、センサ用圧電素子24は、自らの歪量に対応した電圧を発生させセンサとして作用する。また、アクチュエータ用圧電素子20は、印加電圧に基づいて変形し、アクチュエータとして機能する。   Here, the piezoelectric element for sensor 24 and the piezoelectric element for actuator 20 have the same configurations as those described in the first embodiment. That is, the sensor piezoelectric element 24 generates a voltage corresponding to its own strain and acts as a sensor. The piezoelectric element for actuator 20 is deformed based on the applied voltage and functions as an actuator.

また、センサ用圧電素子24とアクチュエータ用圧電素子20の間、及びアクチュエータ用圧電素子20同士の間は、エポキシ樹脂等の接着材で接合されている。   Further, the sensor piezoelectric element 24 and the actuator piezoelectric element 20 and the actuator piezoelectric elements 20 are joined together by an adhesive such as an epoxy resin.

なお、制御手段26や電圧発生手段28の構成、作用は、第1の実施の形態と同じであり、図示及び説明は省略する。   Note that the configuration and operation of the control means 26 and the voltage generation means 28 are the same as those in the first embodiment, and illustration and description thereof are omitted.

このように、センサ用圧電素子24を同一平面上に複数枚配置することで、それぞれのセンサ用圧電素子24で、センサ用圧電素子24の位置別に独立したセンシングが可能となる。
更に、アクチュエータ用圧電素子20が複数枚積層されているので、高出力なアクチュエータとして機能する。
As described above, by arranging a plurality of sensor piezoelectric elements 24 on the same plane, independent sensing can be performed for each position of the sensor piezoelectric element 24 by each sensor piezoelectric element 24.
Furthermore, since a plurality of piezoelectric elements 20 for actuators are laminated, it functions as a high output actuator.

(第3の実施の形態)
図4(A)(B)に示すように、第3の実施の形態に係る梁構造33は、柱36の間に架け渡された梁34に膜型アクチュエータ10が接合されている。
(Third embodiment)
As shown in FIGS. 4A and 4B, in the beam structure 33 according to the third embodiment, the membrane actuator 10 is joined to a beam 34 spanned between columns 36.

膜型アクチュエータ10は、梁34の下フランジ34Fの上面、及び上フランジ34Fの下面に、ウェブ34Wを挟んで両側のフランジ34Fに、複数個が接合されている。また、それぞれの膜型アクチュエータ10のリード線32は制御手段26に接続され、リード線30は電圧発生手段28に接続され、制御手段26と電圧発生手段28がリード線27で接続されている。   A plurality of membrane type actuators 10 are joined to the upper surface of the lower flange 34F of the beam 34 and the lower surface of the upper flange 34F to the flanges 34F on both sides of the web 34W. Further, the lead wire 32 of each membrane actuator 10 is connected to the control means 26, the lead wire 30 is connected to the voltage generation means 28, and the control means 26 and the voltage generation means 28 are connected by the lead wire 27.

これにより、梁34が振動したとき、センサ用圧電素子24は、フランジ34Fと一体となって振動し、接合面の振動に応じて変形し、歪量に応じた電圧を発生させる。制御手段26は、センサ用圧電素子24から入力された電圧値に従い、アクチュエータ用圧電素子20を変形させる制御信号を発生させ、電圧発生手段28に出力する。電圧発生手段28は、制御信号に従い、アクチュエータ用圧電素子20を変形させる印加電圧を発生させ、アクチュエータ用圧電素子20に印加する。アクチュエータ用圧電素子20は、印加電圧に従って変形し、発生させた力をフランジ34Fに作用させ、梁34の振動を抑制する。   Thereby, when the beam 34 vibrates, the sensor piezoelectric element 24 vibrates integrally with the flange 34F, deforms according to the vibration of the joint surface, and generates a voltage corresponding to the amount of strain. The control means 26 generates a control signal for deforming the actuator piezoelectric element 20 in accordance with the voltage value input from the sensor piezoelectric element 24 and outputs the control signal to the voltage generating means 28. The voltage generation means 28 generates an applied voltage for deforming the actuator piezoelectric element 20 in accordance with the control signal, and applies it to the actuator piezoelectric element 20. The piezoelectric element for actuator 20 is deformed according to the applied voltage, and the generated force is applied to the flange 34F to suppress the vibration of the beam 34.

これにより、梁34の振動を検出するセンサを梁34に別途設けなくても、膜型アクチュエータ10で梁34の振動を検出し、抑制できる。なお、膜型アクチュエータ10の制御ブロックは、図4(B)では、下フランジ34Fの上面を1つのブロックとして図示したが、梁34の振動状況に応じて、任意に決定すればよい。   Thus, the vibration of the beam 34 can be detected and suppressed by the membrane actuator 10 without separately providing a sensor for detecting the vibration of the beam 34 in the beam 34. In FIG. 4B, the control block of the membrane actuator 10 is illustrated as one block on the upper surface of the lower flange 34F, but may be arbitrarily determined according to the vibration state of the beam 34.

本実施の形態は、例えば、建物に配置された機器類64が稼動中であり、振動対策のために機器類の稼動を停止することが困難な場合に有効である。   This embodiment is effective when, for example, the equipment 64 arranged in a building is in operation and it is difficult to stop the operation of the equipment for vibration countermeasures.

即ち、振動対策のために一般的に行われている方法には、梁34の振動を低減させるための制振装置(図示せず)の追加設置工事や、上下に設けられた梁34の間に、振動を抑制するための補助柱66の追加設置工事等があるが、いずれも機器類の稼動を停止する必要があり、採用できない。   In other words, methods generally used for vibration countermeasures include additional installation work of a vibration control device (not shown) for reducing vibration of the beam 34, and between the beams 34 provided above and below. In addition, there is an additional installation work of the auxiliary pillar 66 for suppressing vibration, but it is necessary to stop the operation of the devices, and it cannot be adopted.

一方、本実施の形態では、梁34の下フランジ34Fの上面、及び上フランジ34Fの下面に膜型アクチュエータ10を接合するだけの作業で済み、機器類の稼動を停止せずに施工が可能である。
なお、以上の説明は、膜型アクチュエータ10を用いて説明したが、これに限定されるものではなく、複層膜型アクチュエータ62を用いてもよい。
On the other hand, in the present embodiment, it is only necessary to join the membrane actuator 10 to the upper surface of the lower flange 34F of the beam 34 and the lower surface of the upper flange 34F. is there.
In addition, although the above description demonstrated using the membrane-type actuator 10, it is not limited to this, You may use the multilayer film-type actuator 62. FIG.

(第4の実施の形態)
図5に示すように、第4の実施の形態に係る建築部材37は、壁材38に膜型アクチュエータ10が接合されている。
(Fourth embodiment)
As shown in FIG. 5, in the building member 37 according to the fourth embodiment, the membrane actuator 10 is joined to the wall material 38.

膜型アクチュエータ10は、壁材38の中央部付近の大きく振動する面に、複数個が接合されている。また、それぞれの膜型アクチュエータ10のリード線32は、制御手段26に接続され、リード線30は電圧発生手段28に接続され、制御手段26と電圧発生手段28はリード線27で接続されている。   A plurality of membrane-type actuators 10 are joined to a surface that vibrates greatly in the vicinity of the center of the wall member 38. The lead wire 32 of each membrane actuator 10 is connected to the control means 26, the lead wire 30 is connected to the voltage generation means 28, and the control means 26 and the voltage generation means 28 are connected to each other through the lead wire 27. .

これにより、壁材38が振動したとき、センサ用圧電素子24が壁材38と一体となって振動し、接合面の振動に応じて変形し、歪量に応じた電圧を発生させる。制御手段26は、入力された振動情報に基づき、アクチュエータ用圧電素子20を変形させる制御信号を電圧発生手段28に出力する。電圧発生手段28は、制御信号に基づき、電圧を発生させてアクチュエータ用圧電素子20に印加する。アクチュエータ用圧電素子20は、振動を打ち消す方向に壁材38に力を作用させる。   As a result, when the wall member 38 vibrates, the sensor piezoelectric element 24 vibrates integrally with the wall member 38, deforms according to the vibration of the joint surface, and generates a voltage corresponding to the amount of strain. The control means 26 outputs a control signal for deforming the actuator piezoelectric element 20 to the voltage generation means 28 based on the input vibration information. The voltage generation means 28 generates a voltage based on the control signal and applies the voltage to the actuator piezoelectric element 20. The actuator piezoelectric element 20 applies a force to the wall member 38 in a direction to cancel the vibration.

このように、膜型アクチュエータ10は、壁材38の振動を検出するセンサを壁材38上に別途設けなくても、壁材38の振動を検出し、抑制できる。   Thus, the membrane actuator 10 can detect and suppress the vibration of the wall material 38 without separately providing a sensor for detecting the vibration of the wall material 38 on the wall material 38.

また、壁材38の振動が小さい場合でも、膜型アクチュエータ10で、積極的に壁材38を振動させ、壁材38に隣室から伝播する話し声等を遮断する機能を持たせることもできる。   Further, even when the vibration of the wall material 38 is small, the wall actuator 38 can be vibrated actively by the membrane actuator 10, and the wall material 38 can be provided with a function of blocking speech or the like propagating from the adjacent room.

なお、以上は、建築部材の一例として壁材38を用いて説明したが、壁材38に限られることはなく、天井材、床材等の他の建築部材であってもよい。
また、第4の実施の形態では、膜型アクチュエータ10を用いて説明したが、これに限定されるものではなく、複層膜型アクチュエータ62を用いてもよい。
In addition, although the above demonstrated using the wall material 38 as an example of a building member, it is not restricted to the wall material 38, Other building members, such as a ceiling material and a flooring, may be sufficient.
In the fourth embodiment, the film type actuator 10 has been described. However, the present invention is not limited to this, and a multilayer film type actuator 62 may be used.

(第5の実施の形態)
図6に示すように、第5の実施の形態に係るスピーカ40は、膜型アクチュエータ10が、スピーカ40の振動板42に接合されている。
(Fifth embodiment)
As shown in FIG. 6, in the speaker 40 according to the fifth embodiment, the membrane actuator 10 is joined to the diaphragm 42 of the speaker 40.

膜型アクチュエータ10は、振動板42の中央部付近の振動面に複数個が接合されている。また、それぞれの膜型アクチュエータ10のリード線32は制御手段29に接続され、リード線30は電圧発生手段28に接続され、制御手段29と電圧発生手段28はリード線27で接続されている。また、制御手段29には、スピーカ40で再生させる音源が出力される音源出力手段48が接続されている。   A plurality of membrane actuators 10 are joined to the vibration surface near the center of the vibration plate 42. Further, the lead wire 32 of each membrane actuator 10 is connected to the control means 29, the lead wire 30 is connected to the voltage generating means 28, and the control means 29 and the voltage generating means 28 are connected by the lead wire 27. The control unit 29 is connected to a sound source output unit 48 that outputs a sound source to be reproduced by the speaker 40.

この構成により、制御手段29は、音源出力手段48が出力した音を振動板42で再生するための制御信号に変換し、電圧発生手段28に出力する。   With this configuration, the control unit 29 converts the sound output from the sound source output unit 48 into a control signal for reproduction by the diaphragm 42 and outputs the control signal to the voltage generation unit 28.

電圧発生手段28は、アクチュエータ用圧電素子20への印加電圧を生成し、アクチュエータ用圧電素子20へ印加する。アクチュエータ用圧電素子20は、振動板42を直接振動させ、スピーカ40として機能させる。   The voltage generating means 28 generates an applied voltage to the actuator piezoelectric element 20 and applies it to the actuator piezoelectric element 20. The actuator piezoelectric element 20 causes the diaphragm 42 to vibrate directly to function as the speaker 40.

また、センサ用圧電素子24が振動板42の振動を検出するので、振動板42の振動状態を確認しながら振動板42を振動させることができる。   In addition, since the sensor piezoelectric element 24 detects the vibration of the vibration plate 42, the vibration plate 42 can be vibrated while checking the vibration state of the vibration plate 42.

更に、一般のスピーカで使用されている、電磁力を発生させて振動板を振動させる機構が不要となるので、スピーカ40の大きさや形状を自由に設定できる。   Further, since a mechanism for generating an electromagnetic force to vibrate the diaphragm, which is used in a general speaker, is unnecessary, the size and shape of the speaker 40 can be freely set.

この結果、例えば、図7に示すように、スピーカ44の振動板を壁材46とし、壁材46を膜型アクチュエータ10で直接振動させ、スピーカ44として活用できる。
これにより、床面上にはスピーカ44の設置場所が不要となる。
なお、第5の実施の形態では、膜型アクチュエータ10を用いて説明したが、これに限定されるものではなく、複層膜型アクチュエータ62を用いてもよい。
As a result, for example, as shown in FIG. 7, the diaphragm of the speaker 44 can be used as the wall material 46, and the wall material 46 can be directly vibrated by the membrane actuator 10 and used as the speaker 44.
Thereby, the installation place of the speaker 44 becomes unnecessary on a floor surface.
In the fifth embodiment, the film type actuator 10 has been described. However, the present invention is not limited to this, and a multilayer film type actuator 62 may be used.

(第6の実施の形態)
図8(A)(B)に示すように、第6の実施の形態に係る空気バネ構造50は、床面58の上に下側取付台54が設けられ、下側取付台54の上には、空気バネ52が置かれている。
(Sixth embodiment)
As shown in FIGS. 8A and 8B, the air spring structure 50 according to the sixth embodiment is provided with a lower mounting base 54 on the floor 58 and on the lower mounting base 54. The air spring 52 is placed.

空気バネ52は、機器類(図示せず)の載置台60を軟らかく支持する支持部材であり、空気バネ52の外周面52Sには、膜型アクチュエータ10が接合されている。   The air spring 52 is a support member that softly supports the mounting table 60 of equipment (not shown), and the membrane actuator 10 is joined to the outer peripheral surface 52 </ b> S of the air spring 52.

空気バネ52の上には、上側取付台56が取り付けられ、上側取付台56が載置台60の下面を支持する。   An upper mounting base 56 is attached on the air spring 52, and the upper mounting base 56 supports the lower surface of the mounting table 60.

膜型アクチュエータ10は、空気バネ52の外周面52Sに、複数個が接合され、それぞれの膜型アクチュエータ10のリード線32は制御手段26に接続されている。リード線30は電圧発生手段28に接続され、制御手段26と電圧発生手段28はリード線27で接続されている。   A plurality of membrane actuators 10 are joined to the outer peripheral surface 52S of the air spring 52, and the lead wires 32 of each membrane actuator 10 are connected to the control means 26. The lead wire 30 is connected to the voltage generating means 28, and the control means 26 and the voltage generating means 28 are connected by a lead wire 27.

これにより、図8(B)に示すように、空気バネ52は、通常は載置台60を軟らかく支持しており、床面58が振動しても空気バネ52が振動を吸収し、載置台60には伝播されない。   As a result, as shown in FIG. 8B, the air spring 52 normally supports the mounting table 60 softly, and even if the floor surface 58 vibrates, the air spring 52 absorbs the vibration, and the mounting table 60 Is not propagated to.

一方、図8(A)に示すように、載せられた機器類の稼動で載置台60が振動した場合には、センサ用圧電素子24(図示せず)が載置台60の振動を検出する。そして制御手段26が、検出された振動に基づき歪量を打ち消す方向の制御信号を発生させて、電圧発生手段28に印加する。電圧発生手段28は、アクチュエータ用圧電素子20に発生させた電圧を出力する。
これにより、空気バネ52の外周面52Sの伸縮が抑制され、空気バネ52の剛性が上がる。この結果、載置台60が硬く指示され、載置台60の振動が抑制される。
On the other hand, as shown in FIG. 8A, when the mounting table 60 vibrates due to the operation of the mounted equipment, the sensor piezoelectric element 24 (not shown) detects the vibration of the mounting table 60. Then, the control means 26 generates a control signal in a direction that cancels the amount of distortion based on the detected vibration, and applies it to the voltage generation means 28. The voltage generator 28 outputs the voltage generated in the actuator piezoelectric element 20.
Thereby, expansion and contraction of the outer peripheral surface 52S of the air spring 52 is suppressed, and the rigidity of the air spring 52 is increased. As a result, the mounting table 60 is instructed to be hard, and the vibration of the mounting table 60 is suppressed.

以上説明したように、載置台60の振動を検出するセンサを載置台60に、床面58の振動を検出するセンサを床面58に、それぞれ別途設けなくても、膜型アクチュエータ10により、載置された機器類の稼動に基づく載置台60の振動の検出及・抑制ができる。また、機器類が稼動しないときは、軟らかく支持して、床面58から載置台60への振動の伝播を抑制できる。   As described above, even if a sensor for detecting the vibration of the mounting table 60 is provided on the mounting table 60 and a sensor for detecting the vibration of the floor surface 58 is not provided on the floor 58, the film actuator 10 can be used to mount the sensor. It is possible to detect and suppress the vibration of the mounting table 60 based on the operation of the placed devices. Further, when the equipment is not in operation, it can be softly supported to suppress the propagation of vibration from the floor surface 58 to the mounting table 60.

なお、第6の実施の形態では、膜型アクチュエータ10を用いて説明したが、これに限定されるものではなく、複層膜型アクチュエータ62を用いてもよい。   In the sixth embodiment, the film type actuator 10 has been described. However, the present invention is not limited to this, and a multilayer film type actuator 62 may be used.

10 膜型アクチュエータ
12 膜型圧電素子
14 圧電セラミック
16 ポリイミドフルム
18 エポキシ樹脂
20 アクチュエータ用圧電素子
22 板バネ(コア部材)
24 センサ用圧電素子
26 制御手段
28 電圧発生手段
33 梁構造
34 梁
37 建築部材
38 壁材
40 スピーカ
42 振動板
50 空気バネ構造
62 複層膜型アクチュエータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Membrane type actuator 12 Membrane type piezoelectric element 14 Piezoelectric ceramic 16 Polyimide film 18 Epoxy resin 20 Piezoelectric element for actuator 22 Leaf spring (core member)
24 Sensor Piezoelectric Element 26 Control Unit 28 Voltage Generation Unit 33 Beam Structure 34 Beam 37 Building Member 38 Wall Material 40 Speaker 42 Diaphragm 50 Air Spring Structure 62 Multilayer Film Type Actuator

Claims (8)

平面状のコア部材と、
前記コア部材の一方の片面に接合され、前記コア部材と共に変形し、自らの歪量に対応した電圧を発生させる膜型のセンサ用圧電素子と、
前記コア部材の他方の片面に接合され、印加電圧に基づいて変形し、前記コア部材を変形させる膜型のアクチュエータ用圧電素子と、
を有する膜型アクチュエータ。
A planar core member;
A film-type sensor piezoelectric element that is bonded to one side of the core member, deforms together with the core member, and generates a voltage corresponding to its own strain;
A membrane-type actuator piezoelectric element that is bonded to the other surface of the core member, deforms based on an applied voltage, and deforms the core member;
A membrane type actuator.
前記センサ用圧電素子からの出力に基づいて、前記アクチュエータ用圧電素子を変形させる制御信号を出力する制御手段と、
前記制御信号に基づいて、前記印加電圧を発生させる電圧発生手段と、
を有する請求項1に記載の膜型アクチュエータ。
Control means for outputting a control signal for deforming the actuator piezoelectric element based on an output from the sensor piezoelectric element;
Voltage generating means for generating the applied voltage based on the control signal;
The membrane actuator according to claim 1, comprising:
前記センサ用圧電素子及び前記アクチュエータ用圧電素子は、シート状に成形された矩形圧電セラミック繊維の両面に、ポリイミドフィルム印刷電極を接合した圧電素子であり、前記コア部材は板バネである請求項1又は2に記載の膜型アクチュエータ。   2. The piezoelectric element for sensor and the piezoelectric element for actuator are piezoelectric elements in which polyimide film printed electrodes are bonded to both surfaces of a rectangular piezoelectric ceramic fiber formed into a sheet shape, and the core member is a leaf spring. Or the membrane type actuator of 2. 自らの歪量に対応した電圧を発生させる膜型のセンサ用圧電素子と、
前記センサ用圧電素子の両面に接合され、印加電圧に基づいて変形する膜型のアクチュエータ用圧電素子と、
を有する複層膜型アクチュエータ。
A film-type sensor piezoelectric element that generates a voltage corresponding to its own strain;
A film-type actuator piezoelectric element that is bonded to both surfaces of the sensor piezoelectric element and deforms based on an applied voltage;
A multilayer film type actuator.
前記センサ用圧電素子が複数枚配置され、
前記複数枚のセンサ用圧電素子の両面に前記アクチュエータ用圧電素子が積層された請求項4に記載の複層膜型アクチュエータ。
A plurality of the piezoelectric elements for sensors are arranged,
The multilayer film type actuator according to claim 4, wherein the actuator piezoelectric elements are laminated on both surfaces of the plurality of sensor piezoelectric elements.
前記センサ用圧電素子からの出力に基づいて、前記アクチュエータ用圧電素子を変形させる制御信号を出力する制御手段と、
前記制御信号に基づいて、前記印加電圧を発生させる電圧発生手段と、
を有する請求項4又は5に記載の複層膜型アクチュエータ。
Control means for outputting a control signal for deforming the actuator piezoelectric element based on an output from the sensor piezoelectric element;
Voltage generating means for generating the applied voltage based on the control signal;
The multilayer film type actuator according to claim 4 or 5, wherein:
前記センサ用圧電素子及び前記アクチュエータ用圧電素子は、シート状に成形された矩形圧電セラミック繊維の両面に、ポリイミドフィルム印刷電極を接合した圧電素子である請求項4〜6のいずれか1項に記載の複層膜型アクチュエータ。   The piezoelectric element for a sensor and the piezoelectric element for an actuator are piezoelectric elements in which polyimide film print electrodes are bonded to both surfaces of a rectangular piezoelectric ceramic fiber formed in a sheet shape. Multi-layer type actuator. 請求項1〜3のいずれか1項に記載の膜型アクチュエータ、若しくは請求項4〜7のいずれか1項に記載の複層膜型アクチュエータが、機器類の載置台を支持する空気バネの外周面に接合された空気バネ構造。   The outer periphery of the air spring which the membrane type actuator of any one of Claims 1-3 or the multilayer film type actuator of any one of Claims 4-7 supports the mounting base of apparatuses. Air spring structure joined to the surface.
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