JP2012175016A

JP2012175016A - 圧電アクチュエータ

Info

Publication number: JP2012175016A
Application number: JP2011037891A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Kondo; 卓宏近藤
Original assignee: Kayaba Industry Co Ltd
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2011-02-24
Filing date: 2011-02-24
Publication date: 2012-09-10
Anticipated expiration: 2031-02-24
Also published as: JP5687921B2

Abstract

【課題】変位量の変更や調整が簡単であって、量産性を向上でき、製造コストを低減することが可能な圧電アクチュエータを提供する。
【解決手段】環状であって周方向に上方へ凸となる湾曲部２と下方へ凸となる湾曲部３とが交互に波打つように現れるように形成された湾曲部２，３を有するウェーブリング１と、当該ウェーブリング１の湾曲部２，３に設けた圧電素子４とを備え、湾曲部２，３は、圧電素子４の伸長によって平坦となるように撓み、圧電素子４の収縮によって湾曲を深めるように撓むことにより、推力の出力方向をウェーブリング１の軸方向とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧電アクチュエータの改良に関する。

電圧の印加により変位する圧電素子を備えた圧電アクチュエータとしては、たとえば、中空のコイルばねと、コイルばねの表面を圧電素子で巻回したものがある（たとえば、特許文献１参照）。

この圧電アクチュエータによれば、特に、特開平０５−７５１７３号公報に開示されているような変位拡大機構を用いずに、大きな変位を得られる。

特開平０６−２１６４２４号公報（実施例欄）

しかしながら、上記した圧電アクチュエータは、上述したように、コイルばねの表面全部に圧電素子を巻き付ける必要があるので、圧電アクチュエータの変位量の変更や調整が難しく、変位量に対する要求にフレキシブルに対応することができず、量産性に乏しく、製造コストも高いという問題がある。

そこで、上記不具合を改善するために創案されたものであって、その目的とするところは、変位量の変更や調整が簡単であって、量産性を向上でき、製造コストを低減することが可能な圧電アクチュエータを提供することである。

上記した目的を達成するため、本発明の課題解決手段は、電圧印加により変形する圧電素子を備えた圧電アクチュエータにおいて、環状であって周方向に波打つように湾曲部を有するウェーブリングと、当該ウェーブリングの湾曲部に設けた圧電素子とを備え、推力の出力方向をウェーブリングの軸方向としたことを特徴とする。

また、上記した目的を達成するため、本発明の他の課題解決手段は、電圧印加により変形する圧電素子を備えた圧電アクチュエータにおいて、環状であって周方向に波打つように所定数の湾曲部を有するウェーブリングを複数積層し、各ウェーブリングの湾曲面同士を凸側面を向けて接合してリングユニットを形成するとともに、当該各ウェーブリングの湾曲部に圧電素子を設け、推力の出力方向をウェーブリングの軸方向としたことを特徴とする。

また、上記した目的を達成するため、本発明の別の課題解決手段は、電圧印加により変形する圧電素子を備えた圧電アクチュエータにおいて、環状であって周方向に波打つように湾曲部を有するウェーブリングを複数積層し、ウェーブリング間にプレートを介装してリングユニットを形成するとともに、当該各ウェーブリングの湾曲部に圧電素子を設け、推力の出力方向をウェーブリングの軸方向としたことを特徴とする。

本発明の圧電アクチュエータは、ウェーブリングの湾曲部に圧電素子を設けただけの簡単な構成であるから、量産性が向上し、製造コストも安価となる。

また、この圧電アクチュエータは、圧電素子へ電圧を印加することで、ウェーブリングの軸方向長さを変化させることで軸方向に変位するが、変位量を多くしたい場合には、圧電アクチュエータを複数積層させればよく、簡単に変位量を調節、変更することができる。

一実施の形態における圧電アクチュエータの側面図である。一実施の形態における圧電アクチュエータの斜視図である。他の実施の形態における圧電アクチュエータの側面図である。別の実施の形態における圧電アクチュエータの側面図である。

以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。図１に示すように、一実施の形態における圧電アクチュエータは、環状であって周方向に波打つように湾曲部２，３を有するウェーブリング１と、当該ウェーブリング１の湾曲部２，３に設けた圧電素子４とを備えて構成されている。

以下、各部について詳細に説明する。まず、ウェーブリング１は、図１および図２に示すように、弾性を備えるとともに環状であって、周方向に図２中上方へ凸となる湾曲部２と下方へ凸となる湾曲部３とが交互に現れるように形成されている。つまり、ウェーブリング１は、周方向に波打つように湾曲部２，３を備えている。

上記湾曲部２，３の凹側面２ａ，３ａ、つまり湾曲部２の図１中下面と湾曲部３の図１中上面には、圧電素子４が設けられている。圧電素子４は、図外の電源からの電圧の印加によって伸縮する逆圧電効果を呈する圧電体であり、一端面と他端面にそれぞれ電極４ａ，４ｂを備えており、湾曲部２，３の凹側面２ａ，３ａに貼付されている。より詳細には、この圧電素子４は、上記図外の電源から電極４ａ，４ｂを介して電圧を印加すると、ウェーブリング１の周方向あるいは貼付箇所における接線方向に沿うように伸縮するようにウェーブリング１に貼付してある。なお、圧電素子４は、この場合、接着によってウェーブリング１に貼付されているが、その他の方法によって圧電素子４をウェーブリング１に一体化してもよい。また、ウェーブリング１が同電体の場合には、当該ウェーブリング１を圧電素子４の電極として用いることもできる。

たとえば、圧電素子４を伸長させると、湾曲部２，３は、圧電素子４の伸長によって平坦となるように撓むので、圧電素子４へ電圧を全く印加していない状態のウェーブリング１に対してウェーブリング１の図１中上下方向長さとなる軸方向長さを短かくすることができる。反対に、圧電素子４を収縮させると、湾曲部２，３は、圧電素子４の収縮によってより湾曲を深めるように撓むので、圧電素子４へ電圧を全く印加していない状態のウェーブリング１に対してウェーブリング１の図１中上下方向長さとなる軸方向長さを長くすることができる。

つまり、このウェーブリング１と圧電素子４とでなる圧電アクチュエータの推力の出力方向は、ウェーブリング１の軸方向となる図１中上下方向となっている。なお、この実施の形態の場合、湾曲部２，３の凹側面２ａ，３ａにのみ圧電素子４を設けたユニモルフ型とされているが、湾曲部２，３の凸側面２ｂ，３ｂにも圧電素子を設けてバイモルフ型に設定されてもよい。

また、この圧電アクチュエータは、ウェーブリング１が外力によって、軸方向へ変位させられると、湾曲部２，３の撓み量が変化して圧電素子４も伸縮して発電するので、この電力を回収することも可能である。さらに、圧電素子４を図外の外部回路へ接続したり、圧電素子４に上記電源によって電圧を印加するようにしたりして、ウェーブリング１が外力によって軸方向変形する際に圧電素子４に当該変形を抑制する減衰力を発揮させることも可能である。

以上のように、この圧電アクチュエータは、ウェーブリング１の湾曲部２，３に圧電素子４を設けただけの簡単な構成であるから、量産性が向上し、製造コストも安価となる。

また、この圧電アクチュエータは、圧電素子４へ電圧を印加しウェーブリング１の軸方向長さを変化させることで軸方向に変位するが、変位量を多くしたい場合には、圧電アクチュエータを複数積層させればよく、簡単に変位量を調節、変更することができる。

具体的には、図３に示すように、ウェーブリング１を複数積層し、ウェーブリング１間にプレート５を介装してリングユニットＲ１を形成して、一つの圧電アクチュエータを構成すればよい。プレート５の外形は円形状に限られるものではなく、また、プレート５は、環状であってもよいし孔の無い板でもよい。この場合、プレート５とウェーブリング１とが積層状態を保つことができる程度に径方向ずれを規制する必要があるが、双方の外周に対向して双方の径方向の相対ずれを規制する筒を設けたり、プレート５とウェーブリング１の積層高さ以上の長さを持ちプレート５とウェーブリング１との外周に対向して双方の径方向の相対ずれを規制する棒状等のガイドを設けたりして同様の規制を行ってもよい。また、プレート５が環状である場合、プレート５とウェーブリング１の径方向の相対ずれを内周側に挿入される筒やガイドを用いてこれらの内周側で規制するようにしてもよいし、内周側と外周側の双方で同様の規制を行ってもよい。この場合、圧電アクチュエータの変位量は、ウェーブリング１の積層数によって簡単に調節、変更することができる。

さらに、図４に示すように、複数のウェーブリング１の湾曲部２，３同士を凸側面２ｂ，３ｂを突き合わせて連結してリングユニットＲ２を形成して、一つの圧電アクチュエータを構成することもできる。

この場合、一のウェーブリング１の湾曲部２の凸側面２ｂをこのウェーブリング１の直上に積層された湾曲部３の凸側面３ｂとを突き合わせて溶接や接着によって、一のウェーブリング１と直上のウェーブリング１とが一体化され、また、一のウェーブリング１の湾曲部３の凸側面３ｂをこのウェーブリング１の直下に積層された湾曲部２の凸側面２ｂとを突き合わせて溶接や接着によって、一のウェーブリング１と直下のウェーブリング１とが一体化される。この場合は、各ウェーブリング１がばらばらにならないように一体化されているので、径方向への位置決めすることを要しない。そして、この圧電アクチュエータにあっても、圧電アクチュエータの変位量は、ウェーブリング１の積層数によって簡単に調節、変更することができる。

そして、このように構成された、圧電アクチュエータを車両の車体と車軸との間に介装することで、ウェーブリング１が弾性を備えているので懸架ばねとして利用することができる一方で、圧電素子４への印加電圧を制御してやることで、アクチュエータとして機能させて車体振動を抑制するダンパとして利用することもできる。また、積極的に伸縮することができるので、アクティブサスペンションとして機能することもでき、さらに、懸架ばねとして油圧ダンパや電磁力で減衰力を発揮する電磁ダンパに並列させて使用することもでき、特に、本発明のアクチュエータは外力で伸縮する場合には発電するから、当該発電した電力を電磁ダンパへ供給することができ電磁ダンパと組み合わせての使用に適し、さらには、発電電力で車両のバッテリを充電することもできる。

以上で、本発明の実施の形態についての説明を終えるが、本発明の範囲は図示されまたは説明された詳細そのものには限定されないことは勿論である。

本発明は、圧電アクチュエータに利用することができる。

１ウェーブリング
２，３湾曲部
２ａ，３ａ湾曲部の凹側面
２ｂ，３ｂ湾曲部の凸側面
４圧電素子
５プレート
Ｒ１，Ｒ２リングユニット

Claims

電圧印加により変形する圧電素子を備えた圧電アクチュエータにおいて、環状であって周方向に波打つように湾曲部を有するウェーブリングと、当該ウェーブリングの湾曲部に設けた圧電素子とを備え、推力の出力方向をウェーブリングの軸方向としたことを特徴とする圧電アクチュエータ。
電圧印加により変形する圧電素子を備えた圧電アクチュエータにおいて、環状であって周方向に波打つように所定数の湾曲部を有するウェーブリングを複数積層し、各ウェーブリングの湾曲部同士を凸側面を向けて接合してリングユニットを形成するとともに、当該各ウェーブリングの湾曲部に圧電素子を設け、推力の出力方向をウェーブリングの軸方向としたことを特徴とする圧電アクチュエータ。
電圧印加により変形する圧電素子を備えた圧電アクチュエータにおいて、環状であって周方向に波打つように湾曲部を有するウェーブリングを複数積層し、ウェーブリング間にプレートを介装してリングユニットを形成するとともに、当該各ウェーブリングの湾曲部に圧電素子を設け、推力の出力方向をウェーブリングの軸方向としたことを特徴とする圧電アクチュエータ。