JP2616683B2 - 変位拡大機構付圧電アクチュエータ - Google Patents

変位拡大機構付圧電アクチュエータ

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JP2616683B2
JP2616683B2 JP5334811A JP33481193A JP2616683B2 JP 2616683 B2 JP2616683 B2 JP 2616683B2 JP 5334811 A JP5334811 A JP 5334811A JP 33481193 A JP33481193 A JP 33481193A JP 2616683 B2 JP2616683 B2 JP 2616683B2
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actuator
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fitting
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
    • H02N2/04—Constructional details
    • H02N2/043—Mechanical transmission means, e.g. for stroke amplification

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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、圧電アクチュエータに
関し、特に圧電素子の変位を拡大する機構を備えた変位
拡大機構付圧電アクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の変位拡大機構付圧電アクチュエー
タは、図４の斜視図に示すように、取付基板２１の両側
面にそれぞれヒンジ２２を介してレバーアーム２３を取
り付け、この２本のレバーアームの一端間に圧電素子２
４を取り付け、他端間に一対の梁２５を渡して固定して
いる。前記圧電素子２４に電圧が印加されると、前記ヒ
ンジ２２を支点として梁２５に座屈を生じさせ、梁２５
の中央に最大変位２５ａを発生させる。上記アクチュエ
ータによれば圧電素子を熱効果性接着剤（図示略）でレ
バーアームの一端間に接着しているので、圧電素子が故
障した際交換が出来ない。
【０００３】又、特願平３−８９８７３号公報には図５
に示すように圧電素子３１の変位を外部に伝える可動片
３２と、可動片３２を所定位置に復帰させる弾性部材３
３と、圧電素子３１と可動片３２と弾性部材３３とを摺
動自由に内蔵し、装置取付用フランジを端部に形成した
ケース３４と、このケース３４の装置取付側橋部に形成
した凹部に取外し可能に装着して、可動片３２を軸方向
に案内する位置決め兼用のガイド板３５を具備したアク
チュエータが記載されている。このアクチュエータは特
に拡大機構を備えないので可動片のストロークを大きく
すると、当然圧電素子が長くなってしまう。又、圧電素
子が故障したり、可動片の摩耗による交換が生じた時
は、アクチュエータ毎交換すると記載されている。
【０００４】そして特願平３−２１８２７４号公報には
図６に示すように基板４１上に垂直かつ絶縁状態で設置
された円筒型圧電素子４２と、この円筒型圧電素子４２
の軸方向の収縮により変位する絶縁状態になされた作動
端子４３及び円筒型圧電素子４２に対しその軸方向に圧
縮力を付与するバネ４４より構成されるアクチュエータ
が記載されている。しかし、円筒型圧電素子は積層型圧
電素子に比べ変位量が小さく発生力も小さく、耐破壊性
が弱いという問題がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】これらの従来のアクチ
ュエータには次のような欠点がある。
【０００６】（１）図４のアクチュエータによれば、圧
電素子を熱硬化性接着剤でレバーアームに接着している
為、圧電素子が故障した時、又は性能（発生力、変位
等）の違う圧電素子に変えたい時、圧電素子だけ交換す
るといったことが出来ず、アクチュエータ毎交換しなけ
ればならないという欠点がある。
【０００７】又、このアクチュエータではプレロードが
かからないという欠点もある。
【０００８】（２）図５のアクチュエータによれば、こ
れもまた圧電素子が故障した時はアクチュエータ毎交換
しなければならないという欠点がある。
【０００９】又、大きな変位を必要とする場合は拡大機
構を備えないので、必要とする変位の大きさに応じて圧
電素子及びアクチュエータが長くなってしまう欠点もあ
る。
【００１０】（３）図６のアクチュエータによれば、円
筒型圧電素子を用いているが、円筒型は積層型に比べ変
位量が小さく発生力も小さいので、積層型圧電素子のア
クチュエータと同性能のアクチュエータを製作しようと
すると当然円筒型圧電素子のアクチュエータの方が大き
くなってしまう欠点がある。
【００１１】又、円筒型圧電素子は耐破壊性が弱く、軸
方向にプレロードがかかっているが半径方向の耐破壊性
はあいかわらず弱い。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の変位拡大機構付
圧電アクチュエータは、Ｙ字状の金具の底部をハウジン
グ内部の底面に取り付け、Ｙ字状金具の枝分かれした金
具先端間には梁を渡して固定し、枝分かれした金具の谷
間には圧電素子を配置して、圧電素子の一端は先端金具
を介してＹ字状の金具と連結して、圧電素子の他端は保
持金具によってハウジングの上面とねじ締結していて、
Ｙ字状の金具の周囲には圧縮されたばねを備えている。
【００１３】
【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。
【００１４】図１は本発明の一実施例の斜視図である。
又図２は前記実施例の断面図である。
【００１５】Ｙ字状の金具１の底部はハウジング２内部
の底面にねじ３で締結されている。Ｙ字状の金具１の枝
分かれした金具の先端間には素子の変位をさらに拡大す
る梁４がリベット５で締結されている。
【００１６】又、枝分かれした金具のＶ字の谷間には積
層型の圧電素子６を配置して、圧電素子６の一端は端面
に接着された先端金具７を介して割れ目に押しあてられ
ている。圧電素子６の他端はおねじ加工を周囲に施した
円盤状の保持金具８に接着剤によって固着されていて、
保持金具８の圧電素子が接着されていない反対側の面に
は−（マイナス）又は＋（プラス）又は六角の溝が形成
されている。そして、保持金具８はめねじ加工が施され
た孔９が設けられたハウジング２の上面にドライバー又
はレンチを用いてねじ締結されている。更に圧電素子６
に電圧を印加する為のリード線１０が圧電素子６とハウ
ジング２に設けられたリード端子１１を接続している。
【００１７】ハウジング２のリード端子１１を介して圧
電素子６に電圧を印加すると、圧電素子６は長さ（軸）
方向に伸び、先端金具７を介してＹ字状の金具１のＶ字
の谷間に向って力を負荷する。割れ目にくさびを打ち込
まれるように力を負荷されたＹ字に枝分かれした金具の
先端は広がり梁４は座屈により下方へ変位を生ずる。
【００１８】本実施例においては機械的衝撃から圧電素
子を保護する為にハウジングに収納されている。更に駆
動源の圧電素子が故障した時は、故障した圧電素子が固
着している保持金具をドライバー又はレンチを用いてハ
ウジングから外すことが可能で、新しい圧電素子を保持
金具に接着し直して、再度ドライバー又はレンチを用い
て保持金具をハウジングにねじ締結すればよい。従来の
アクチュエータのようにアクチュエータ毎交換する必要
がなく、保持金具のねじをゆるめるだけで圧電素子を交
換することが出来るので、圧電素子の仕損費だけで済
む。
【００１９】又、性能（発生力、変位等）が違う圧電素
子に変えたい時もこれと同じである。
【００２０】図３は本発明の第二の実施例である。
【００２１】本実施例は、圧縮力には強いものの引張り
力には弱いという性質を有する圧電素子に引張り力が加
わらないように、予め圧縮力（プレロード）を加えるた
めに、第一の実施例の圧電素子の長さ方向の延長上にあ
るＹ字状金具１の枝分かれより下の部分の周囲に圧縮さ
れたばね１２を設けてある。圧縮されたばねの一端はハ
ウジングによって固定され、他端（自由端）はＹ字金具
１の枝分かれした部分に圧縮力を負荷する。圧縮力を負
荷されたＹ字金具１はＶ字の谷間を閉じようとする力が
働き、それに伴って谷間に配置された圧電素子の長さ方
向にプレロードがかかる。
【００２２】圧縮されたばねとは、例えばコイルばね、
皿ばね、コイルドウェーブスプリング（三菱製鋼製）、
コイルド波ワッシャー（株．落合製作所製）、形状記憶
合金ばね等でもかまわない。
【００２３】又、本実施例においては、保持部材を回し
て圧電素子の位置を変えることによって、プレロードの
大きさを調整することも可能である。
【００２４】更に、圧縮ばねをＹ字金具の周囲に設けた
ので、素子を交換する際は圧縮ばねがじゃまにならず、
脱落してしまう心配もない。
【００２５】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、圧電素子
を保持金具に固着して、その保持金具をハウジングとね
じ締結することによって、アクチュエータに取り付けて
ある圧電素子をドライバーや六角レンチ等で取り外すこ
とが可能となった。
【００２６】これにより本発明は、 （１）圧電素子が故障した時、アクチュエータ毎交換す
ることなく、圧電素子だけ良品に交換すればよいので、
圧電素子の仕損費だけで済む。
【００２７】（２）性能（発生力、変位等）の違う圧電
素子に交換することが容易で、改にアクチュエータを製
作するのに比べて、圧電素子の交換費用だけで済む。
【００２８】という効果を有する。
【００２９】又、圧縮したばねをＹ字状の金具の周囲に
設けることにより、 （１）Ｙ字状の金具を介して圧電素子にプレロードがか
かり、引張り力による素子の破壊を防ぐことが出来る。
【００３０】（２）圧電素子が固着している保持金具を
ドライバー又は六角レンチ等で回して、圧電素子の位置
（Ｙ字状金具の谷間への押圧力）を調整することによっ
てプレロードの大きさを調整出来る。
【００３１】（３）ばねを圧電素子の周囲でなく、Ｙ字
状小金具の周囲に設けたので、圧電素子を交換する際ば
ねが脱落してしまう心配がなく、交換が容易に行える。
【００３２】という効果も有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施例の斜視図。
【図２】本発明の第一の実施例の断面図。
【図３】本発明の第二の実施例の断面図。
【図４】従来のアクチュエータの一例の斜視図。
【図５】従来のアクチュエータの一例の断面図。
【図６】従来のアクチュエータの一例の断面図。
【符号の説明】
１…Ｙ字状の金具、２…ハウジング、３…ねじ、４，２
５…梁、５…リベット、６，２４，３１…圧電素子、７
…先端金具、８…保持金具、９…孔、１０…リード線、
１１…リード端子、１２…圧縮ばね、２１…取付基板、
２２…ヒンジ、２３…レバーアーム、２５ａ…最大変
位、３２…可動片、３３…弾性部材、３４…ケース、３
５…ガイド、４１…基板、４２…円筒型圧電素子、４３
…作動端子、４４…ばね。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 Ｙ字状金具の底部をハウジング内部の底
    面に取り付け、前記Ｙ字状金具の枝分かれした金具先端
    間には梁を渡して固定し、Ｙ字に枝分かれした金具の谷
    間に圧電素子を配置して、前記圧電素子の一端は先端金
    具を介してＹ字状の金具と連結して、前記圧電素子の他
    端は前記ハウジング内部の上面に固着したことを特徴と
    する変位拡大機構付圧電アクチュエータ。
  2. 【請求項２】 前記圧電素子の端部におねじ加工を周囲
    に施した保持金具を固着して、前記ハウジングの上面に
    めねじ加工を施した孔を設け、前記保持部材と前記ハウ
    ジングをねじ締結による嵌合連結を可能としたことを特
    徴とする請求項１記載の変位拡大機構付圧電アクチュエ
    ータ。
  3. 【請求項３】 前記圧電素子に対し、その軸方向に圧縮
    力を負荷するために前記圧電素子の軸方向の延長線上に
    あるＹ字状金具の周囲に圧縮ばねを設けたことを特徴と
    する請求項１または２の変位拡大機構付圧電アクチュエ
    ータ。
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