JP2012175017A - Piezoelectric actuator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧電アクチュエータの改良に関する。 The present invention relates to an improvement of a piezoelectric actuator.
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)。 As a piezoelectric actuator provided with a piezoelectric element that is displaced by application of a voltage, for example, there are a hollow coil spring and a coil spring whose surface is wound with a piezoelectric element (see, for example, Patent Document 1).
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。 According to this piezoelectric actuator, in particular, a large displacement can be obtained without using a displacement enlarging mechanism as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 05-75173.
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、量産性に乏しく、製造コストも高いという問題がある。 However, as described above, the above-described piezoelectric actuator needs to wrap the piezoelectric element around the entire surface of the coil spring, so that there is a problem that the mass productivity is poor and the manufacturing cost is high.
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、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。 In view of the above, the present invention has been made to improve the above-described problems, and an object thereof is to provide a piezoelectric actuator that can improve mass productivity and reduce manufacturing costs.
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、筒状であって複数の湾曲部を有して軸方向に伸縮可能なベローと、当該ベローの湾曲部に設けた圧電素子とを備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above-described object, the problem-solving means of the present invention is a piezoelectric actuator including a piezoelectric element that is deformed by applying a voltage, and is a cylindrical bellows having a plurality of curved portions and capable of expanding and contracting in the axial direction. And a piezoelectric element provided at the curved portion of the bellows.
本発明の圧電アクチュエータは、ベロー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。 Since the piezoelectric actuator of the present invention has a simple configuration in which a piezoelectric element is simply provided on the curved portion of the bellows, mass productivity is improved and manufacturing cost is reduced.
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、筒状であって複数の湾曲部2,3を有して軸方向に伸縮可能なベロー1と、当該ベロー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。
The present invention will be described below based on the embodiments shown in the drawings. As shown in FIG. 1, a piezoelectric actuator according to an embodiment is a
以下、各部について詳細に説明する。まず、ベロー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筒状であって、外部へ向けて凸となる湾曲部2と内部へ向けて凸となる湾曲部3とが交互に現れるように形成されており、湾曲部2,3が撓むことで、軸方向に伸縮することができるようになっている。
Hereinafter, each part will be described in detail. First, as shown in FIGS. 1 and 2, the
上記湾曲部2の凸側面2a、つまり湾曲部2の外方側面と、湾曲部3の凹側面3b、つまり湾曲部3の外方側面には、それぞれ圧電素子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の凸側面2aと湾曲部3の凹側面3b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、ベロー1の湾曲部2,3の軸方向に沿って伸縮するようにベロー1に貼付してある。なお、圧電素子4は、この場合、接着によってベロー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をベロー1に一体化してもよい。また、ベロー1が同電体の場合には、当該ベロー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、湾曲部2の凸側面2aに設けた圧電素子4を収縮させるとともに、湾曲部3の凹側面3bに設けた圧電素子4を伸長させると、湾曲部2,3は、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ベロー1に対してベロー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。反対に、湾曲部2の凸側面2aに設けた圧電素子4を伸長させるとともに、湾曲部3の凹側面3bに設けた圧電素子4を収縮させると、湾曲部2,3は、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ベロー1に対してベロー1の図1中上下方向長さとなる軸方向長さを短くすることができる。
For example, when the
つまり、このベロー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、ベロー1の軸方向である図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の凹側面2bと湾曲部3の凸側面3aに圧電素子4を設けてもよいが、ベロー1の外側となる湾曲部2の凸側面2aと湾曲部3の凹側面3bに圧電素子4を設ける方が、外部から圧電素子4へ電圧を印加するに際して便利となる。また、この実施の形態では、湾曲部2,3の凸側面或いは凹側面にのみ圧電素子4を設けるユニモルフ型とされているが、湾曲部2,3の凸側面2a,3aと凹側面2b,3bのそれぞれに圧電素子4を設けてバイモルフ型に設定してもよい。
That is, the output direction of the thrust of the piezoelectric actuator composed of the
また、この圧電アクチュエータは、ベロー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、ベロー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。
In addition, when the
以上のように、この圧電アクチュエータは、ベロー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。
As described above, since this piezoelectric actuator has a simple configuration in which the
そして、このように構成された圧電アクチュエータは、アクチュエータとして機能するだけでなく、弾性を備えているのでばね要素としても機能できる。また、たとえば、図3に示すように、シリンダCとシリンダC内に出入りするピストンロッドRとを備えて伸縮時に減衰力を発生するダンパDのロッドカバーとして用いることができる。この場合、圧電アクチュエータは、ベロー1の一端となる図3中上端をピストンロッドRの先端へ、ベロー1の他端となる図3中下端をシリンダCの端部へそれぞれ連結して、上記ピストンロッドRとシリンダCとの間に介装されてピストンロッドRの外周に配置され、ピストンロッドRを保護している。この場合の圧電アクチュエータは、ダンパDの伸縮時に際して、ダンパDとともに伸縮するが、圧電素子4への印加電圧を制御してやることで圧電アクチュエータに積極的に推力を発揮させて、ダンパDの減衰力に推力を重畳させることもできる。したがって、圧電アクチュエータは、ダンパDと協働して減衰力を可変にでき、図示しない車両の車体と車軸との間に介装される場合、ダンパDととともにアクティブサスペンションとして機能することもでき、外力で伸縮する場合には発電するから、当該発電した電力で車両のバッテリを充電することもできる。
And the piezoelectric actuator comprised in this way not only functions as an actuator, but since it is provided with elasticity, it can also function as a spring element. For example, as shown in FIG. 3, it can be used as a rod cover of a damper D that includes a cylinder C and a piston rod R that goes in and out of the cylinder C and generates a damping force during expansion and contraction. In this case, the piezoelectric actuator connects the upper end in FIG. 3 as one end of the
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。 This is the end of the description of the embodiment of the present invention, but the scope of the present invention is of course not limited to the details shown or described.
本発明は、圧電アクチュエータに利用することができる。 The present invention can be used for a piezoelectric actuator.
1 ウェーブリング
2,3 湾曲部
2a,3a 湾曲部の凸側面
2b,3b 湾曲部の凹側面
4 圧電素子
C シリンダ
D ダンパ
R ピストンロッド
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