JP2658812B2 - 圧電アクチュエータ - Google Patents
圧電アクチュエータInfo
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- JP2658812B2 JP2658812B2 JP5199850A JP19985093A JP2658812B2 JP 2658812 B2 JP2658812 B2 JP 2658812B2 JP 5199850 A JP5199850 A JP 5199850A JP 19985093 A JP19985093 A JP 19985093A JP 2658812 B2 JP2658812 B2 JP 2658812B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、圧電効果又は電歪効果
によりひずみを発生する素子をケース内に収納した構造
の圧電アクチュエータに関し、特に、圧縮ばねの反発力
によりひずみ発生素子に予め圧縮力を加えておく型の圧
電アクチュエータに関する。
によりひずみを発生する素子をケース内に収納した構造
の圧電アクチュエータに関し、特に、圧縮ばねの反発力
によりひずみ発生素子に予め圧縮力を加えておく型の圧
電アクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】この種の圧電アクチュエータについて、
図３に示す断面図を用いて説明する。尚、以下の説明
は、電歪効果素子を用いたアクチュエータについて行う
が、本発明において圧電アクチュエータとは、ひずみ発
生素子として圧電効果素子を用いたアクチュエータ及び
電歪効果素子を用いたアクチュエータの両方を含むもの
と定義する。又、以下の説明中、「圧電」は全て「電
歪」に、又、「電歪」は「圧電」に読み替えることがで
きる。
図３に示す断面図を用いて説明する。尚、以下の説明
は、電歪効果素子を用いたアクチュエータについて行う
が、本発明において圧電アクチュエータとは、ひずみ発
生素子として圧電効果素子を用いたアクチュエータ及び
電歪効果素子を用いたアクチュエータの両方を含むもの
と定義する。又、以下の説明中、「圧電」は全て「電
歪」に、又、「電歪」は「圧電」に読み替えることがで
きる。
【０００３】一般に、圧電アクチュエータのひずみ発生
素子としての電歪効果素子は、電歪効果を示すセラミッ
クスを材料として作られることが多いが、このセラミッ
クスには、機械的衝撃に脆く、又、圧縮力には強いもの
の引張り力には弱いという性質がある。そこで従来、素
子を機械的衝撃から保護するために金属製などのケース
に収納し、更に、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）を加えておく構造のアクチュ
エータが提案されている。素子をケース内に収納する他
の目的には、耐環境性を向上させる目的もある。すなわ
ちケースを気密構造にすることによって、高湿度雰囲気
や腐蝕性ガス雰囲気中でもアクチュエータを使用できる
ようになると共に、アクチュエータの信頼性が大きく向
上する。この効果は、素子が積層型で、電歪性薄膜セラ
ミック層に非常に高い電界が掛かるようなアクチュエー
タにおいては、特に顕著である。又、素子にプレロード
を掛ける目的には上記の他に、駆動電圧を与えたときの
素子のひずみ量が素子に加えられている圧縮力によって
変化するという良く知られた現象を利用して、アクチュ
エータとしての変位量を調整するという目的もある。
素子としての電歪効果素子は、電歪効果を示すセラミッ
クスを材料として作られることが多いが、このセラミッ
クスには、機械的衝撃に脆く、又、圧縮力には強いもの
の引張り力には弱いという性質がある。そこで従来、素
子を機械的衝撃から保護するために金属製などのケース
に収納し、更に、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）を加えておく構造のアクチュ
エータが提案されている。素子をケース内に収納する他
の目的には、耐環境性を向上させる目的もある。すなわ
ちケースを気密構造にすることによって、高湿度雰囲気
や腐蝕性ガス雰囲気中でもアクチュエータを使用できる
ようになると共に、アクチュエータの信頼性が大きく向
上する。この効果は、素子が積層型で、電歪性薄膜セラ
ミック層に非常に高い電界が掛かるようなアクチュエー
タにおいては、特に顕著である。又、素子にプレロード
を掛ける目的には上記の他に、駆動電圧を与えたときの
素子のひずみ量が素子に加えられている圧縮力によって
変化するという良く知られた現象を利用して、アクチュ
エータとしての変位量を調整するという目的もある。
【０００４】図３を参照すると、この図に示すアクチュ
エータでは、例えば、円板状のステンレス製材料に凹部
を設けて作った底部金具３０の側面にハーメチック端子
４が埋め込み加工されている。底部金具３０の上部内周
面には、ステンレス製筒状の金属ケース２に固定するた
めのめねじが加工されている。又、底部金具３０の内底
面には、角柱状の電歪効果素子１の下端面が接着剤６Ａ
によって接着されている。
エータでは、例えば、円板状のステンレス製材料に凹部
を設けて作った底部金具３０の側面にハーメチック端子
４が埋め込み加工されている。底部金具３０の上部内周
面には、ステンレス製筒状の金属ケース２に固定するた
めのめねじが加工されている。又、底部金具３０の内底
面には、角柱状の電歪効果素子１の下端面が接着剤６Ａ
によって接着されている。
【０００５】電歪効果素子１の上端面は、断面凸形の変
位伝達軸７の下面と接着剤６Ｂにより接着されている。
この素子１のリード線５は前述のハーメチック端子４に
はんだ付けされている。
位伝達軸７の下面と接着剤６Ｂにより接着されている。
この素子１のリード線５は前述のハーメチック端子４に
はんだ付けされている。
【０００６】上部金具８は、ステンレス製円板状の材料
に凹状の加工を施した断面逆凹形の上部金具部材８Ａを
備えており、この上部金具部材８Ａの下面には、ステン
レス製で伸縮可能なベローズ形伸縮部８Ｂが溶接されて
いる。この伸縮部８Ｂの下面は、ステンレス製円板状の
材料に凹部を設け更にその凹部の底面に貫通孔を開けて
作った逆凹形の上部金具部材８Ｃが溶接されている。こ
の上部金具部材８Ｃの凹部の内周面には、ねじ加工がさ
れている。
に凹状の加工を施した断面逆凹形の上部金具部材８Ａを
備えており、この上部金具部材８Ａの下面には、ステン
レス製で伸縮可能なベローズ形伸縮部８Ｂが溶接されて
いる。この伸縮部８Ｂの下面は、ステンレス製円板状の
材料に凹部を設け更にその凹部の底面に貫通孔を開けて
作った逆凹形の上部金具部材８Ｃが溶接されている。こ
の上部金具部材８Ｃの凹部の内周面には、ねじ加工がさ
れている。
【０００７】素子１の上端面に接着された変位伝達軸７
上部の凸部には、はがね製の皿ばね９が４個挿入されて
おり、この上凸部は、上部金具部材８Ａの凹み孔に挿入
されている。上部金具部材８Ｃと金属ケース２とは、双
方に加工されているねじによって固定されているので、
このアクチュエータは全体として、素子１と変位伝達軸
７と皿ばね９とが金属ケース２内に収納され、上部金具
８と底部金具３０とで封入された構造となっている。上
記のアクチュエータの大きさは、一例として、素子１
は、底面５ｍｍ×５ｍｍ、長さ２０ｍｍの角柱であり、
金属ケース２は、外径１７ｍｍ、長さ４０ｍｍの円筒で
ある。又、変位伝達軸７は、上凸部が直径７．５ｍｍで
長さ２５ｍｍ、下部の基部形状が直径９ｍｍで厚み３ｍ
ｍである。素子１は積層構造のものであって、１５０Ｖ
ＤＣを印加したとき、素子１の上端面と下端面を結ぶ軸
（以後、変位発生軸と記す）に沿って約２０μｍ前後の
ひずみを生じる。
上部の凸部には、はがね製の皿ばね９が４個挿入されて
おり、この上凸部は、上部金具部材８Ａの凹み孔に挿入
されている。上部金具部材８Ｃと金属ケース２とは、双
方に加工されているねじによって固定されているので、
このアクチュエータは全体として、素子１と変位伝達軸
７と皿ばね９とが金属ケース２内に収納され、上部金具
８と底部金具３０とで封入された構造となっている。上
記のアクチュエータの大きさは、一例として、素子１
は、底面５ｍｍ×５ｍｍ、長さ２０ｍｍの角柱であり、
金属ケース２は、外径１７ｍｍ、長さ４０ｍｍの円筒で
ある。又、変位伝達軸７は、上凸部が直径７．５ｍｍで
長さ２５ｍｍ、下部の基部形状が直径９ｍｍで厚み３ｍ
ｍである。素子１は積層構造のものであって、１５０Ｖ
ＤＣを印加したとき、素子１の上端面と下端面を結ぶ軸
（以後、変位発生軸と記す）に沿って約２０μｍ前後の
ひずみを生じる。
【０００８】このアクチュエータでは、変位伝達軸に皿
ばね９が設けられているので、上部金具部材８Ｃのねじ
しめ力によって皿ばね９が圧縮され、その反発力が素子
１を加圧する。素子１に加える力は、上部金具部材８Ｃ
のねじ込み量を調整することによって調整できる。又、
必要に応じて、金属ケース２、底部金具３０、上部金具
部材８Ｃ、伸縮部８Ｂ及び上部金具部材８Ａ相互間の接
合部を気密性に溶接することにより、気密構造にするこ
とができる。
ばね９が設けられているので、上部金具部材８Ｃのねじ
しめ力によって皿ばね９が圧縮され、その反発力が素子
１を加圧する。素子１に加える力は、上部金具部材８Ｃ
のねじ込み量を調整することによって調整できる。又、
必要に応じて、金属ケース２、底部金具３０、上部金具
部材８Ｃ、伸縮部８Ｂ及び上部金具部材８Ａ相互間の接
合部を気密性に溶接することにより、気密構造にするこ
とができる。
【０００９】以上の説明は、素子１に圧縮力を加えるた
めのばねとして、皿ばね９を用いたアクチュエータにつ
いて行なったが、圧縮ばねはこれに限られるものではな
い。例えば、特開平２ー２２６９９６号公報、特開平３
ー８４９７４号公報或いは特開平３ー１９８３８８号公
報に記載されているような、コイルばねや座屈ばね或い
は湾曲ばねなどを用いる例が知られている。
めのばねとして、皿ばね９を用いたアクチュエータにつ
いて行なったが、圧縮ばねはこれに限られるものではな
い。例えば、特開平２ー２２６９９６号公報、特開平３
ー８４９７４号公報或いは特開平３ー１９８３８８号公
報に記載されているような、コイルばねや座屈ばね或い
は湾曲ばねなどを用いる例が知られている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、圧電
効果素子や電歪効果素子は、素子に加わる圧縮力によっ
てその発生するひずみ量が変化する。ここで、上述した
従来の圧電アクチュエータでは、素子１に加える圧縮力
の大きさを、上部金具部材８Ｃのねじ込み量によって調
整できるので、製造工程中にあるときは、そのねじ込み
量を調整することによって、素子１のひずみ量を所定値
に設定できる。
効果素子や電歪効果素子は、素子に加わる圧縮力によっ
てその発生するひずみ量が変化する。ここで、上述した
従来の圧電アクチュエータでは、素子１に加える圧縮力
の大きさを、上部金具部材８Ｃのねじ込み量によって調
整できるので、製造工程中にあるときは、そのねじ込み
量を調整することによって、素子１のひずみ量を所定値
に設定できる。
【００１１】しかしながら、アクチュエータが一度完成
した後では、上部金具部材８Ｃのねじ込み量の調整は実
際上不可能である。すなわち、素子１は下端面が底部金
具３０に接着されており、一方、上端面は、変位伝達軸
７とこれに接触している皿ばね９を介して、実質的に上
部金具８に固定されている。ここで、上部金具部材８Ｃ
をそのねじ込み量を調整するために回転させると、素子
１には変位発生軸のまわりにねじりの力が加わることに
なる。その結果、底部金具３０や変位伝達軸７との接着
部分がゆるんで、一例として上述した数十μｍオーダー
というような微小な変位を安定して出力することが不可
能になる。はなはだしい場合には、素子１が破損してし
まう。又、金属ケース２が気密構造のアクチュエータで
は、上部金具８及び下部金具３の接合部分が溶接される
ので、素子１への圧縮力の調整は全くできない。圧電ア
クチュエータは前述したように、μｍオーダの非常に小
さな変位量を扱うものであるので、完成後でもその変位
量を適時個別に調整できる構造であることが望ましい。
した後では、上部金具部材８Ｃのねじ込み量の調整は実
際上不可能である。すなわち、素子１は下端面が底部金
具３０に接着されており、一方、上端面は、変位伝達軸
７とこれに接触している皿ばね９を介して、実質的に上
部金具８に固定されている。ここで、上部金具部材８Ｃ
をそのねじ込み量を調整するために回転させると、素子
１には変位発生軸のまわりにねじりの力が加わることに
なる。その結果、底部金具３０や変位伝達軸７との接着
部分がゆるんで、一例として上述した数十μｍオーダー
というような微小な変位を安定して出力することが不可
能になる。はなはだしい場合には、素子１が破損してし
まう。又、金属ケース２が気密構造のアクチュエータで
は、上部金具８及び下部金具３の接合部分が溶接される
ので、素子１への圧縮力の調整は全くできない。圧電ア
クチュエータは前述したように、μｍオーダの非常に小
さな変位量を扱うものであるので、完成後でもその変位
量を適時個別に調整できる構造であることが望ましい。
【００１２】従って、本発明は、ケース入りでプレロー
ドを加えた型の圧電アクチュエータであって、完成した
後からでも、その変位量を外部から調節可能にされた圧
電アクチュエータを提供することを目的とするものであ
る。
ドを加えた型の圧電アクチュエータであって、完成した
後からでも、その変位量を外部から調節可能にされた圧
電アクチュエータを提供することを目的とするものであ
る。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明の圧電アクチュエ
ータは、与えられた駆動電圧に応じてひずみを発生する
ひずみ発生素子と、前記ひずみ発生素子のひずみ方向に
垂直な二つの端面の一方に固着された第１の変位伝達部
材及びその第１の変位伝達部材に直列に固定された圧縮
ばねと、前記圧縮ばねを介して前記ひずみ発生素子を支
持する第１の加圧部材と、前記ひずみ発生素子を挟んで
前記圧縮ばねに対置されて前記ひずみ発生素子を前記二
つの端面の他方の側から支持する第２の変位伝達部材及
び第２の加圧部材と、前記第１の加圧部材及び前記第２
の加圧部材と共に前記ひずみ発生素子、前記第１の変位
伝達部材、前記第２の変位伝達部材及び前記圧縮ばねを
内部に収納するケースとを含み、前記圧縮ばねの反発力
により前記ひずみ発生素子の前記二つの端面間に圧縮力
を加えるように構成された圧電アクチュエータであっ
て、前記第２の変位伝達部材と前記第２の加圧部材との
間にそれら各各の部材に一点接触する高剛性の球体を配
し、前記ひずみ発生素子を前記球体を介して前記第２の
加圧部材で支持するようにして、前記第２の加圧部材が
前記ひずみ方向に沿う軸を回転軸として回転したとき、
前記球体が前記第２の加圧部材の回転運動の前記ひずみ
発生素子への伝達を遮断し、前記ひずみ発生素子に前記
回転軸の回りの応力が加わるのを阻止するようにしたこ
とを特徴とする。
ータは、与えられた駆動電圧に応じてひずみを発生する
ひずみ発生素子と、前記ひずみ発生素子のひずみ方向に
垂直な二つの端面の一方に固着された第１の変位伝達部
材及びその第１の変位伝達部材に直列に固定された圧縮
ばねと、前記圧縮ばねを介して前記ひずみ発生素子を支
持する第１の加圧部材と、前記ひずみ発生素子を挟んで
前記圧縮ばねに対置されて前記ひずみ発生素子を前記二
つの端面の他方の側から支持する第２の変位伝達部材及
び第２の加圧部材と、前記第１の加圧部材及び前記第２
の加圧部材と共に前記ひずみ発生素子、前記第１の変位
伝達部材、前記第２の変位伝達部材及び前記圧縮ばねを
内部に収納するケースとを含み、前記圧縮ばねの反発力
により前記ひずみ発生素子の前記二つの端面間に圧縮力
を加えるように構成された圧電アクチュエータであっ
て、前記第２の変位伝達部材と前記第２の加圧部材との
間にそれら各各の部材に一点接触する高剛性の球体を配
し、前記ひずみ発生素子を前記球体を介して前記第２の
加圧部材で支持するようにして、前記第２の加圧部材が
前記ひずみ方向に沿う軸を回転軸として回転したとき、
前記球体が前記第２の加圧部材の回転運動の前記ひずみ
発生素子への伝達を遮断し、前記ひずみ発生素子に前記
回転軸の回りの応力が加わるのを阻止するようにしたこ
とを特徴とする。
【００１４】
【実施例】次に、本発明の好適な実施例について、図面
を用いて説明する。図１は、本発明の第１の実施例の断
面図である。図１を参照すると本実施例は、図３に示さ
れる従来の圧電アクチュエータに対して、上部は同じ構
造になっているが、下部の構造が異っている。すなわち
本実施例では、外形１７ｍｍ、内径１２ｍｍ、長さ４０
ｍｍのステンレス製筒状の金属ケース２の下部に、断面
Ｈ状の底部金具３１が取り付けられており、この底部金
具３１の上側の側面にはハーメチック端子４が埋め込み
加工されている。
を用いて説明する。図１は、本発明の第１の実施例の断
面図である。図１を参照すると本実施例は、図３に示さ
れる従来の圧電アクチュエータに対して、上部は同じ構
造になっているが、下部の構造が異っている。すなわち
本実施例では、外形１７ｍｍ、内径１２ｍｍ、長さ４０
ｍｍのステンレス製筒状の金属ケース２の下部に、断面
Ｈ状の底部金具３１が取り付けられており、この底部金
具３１の上側の側面にはハーメチック端子４が埋め込み
加工されている。
【００１５】底部金具３１は、外径２０ｍｍ、厚さ１５
ｍｍのステンレス製円板を加工して得られるものであ
り、中央部（Ｈ型の横棒に相当する部分）には、変位伝
達軸７Ａを通すための穴径８ｍｍの貫通孔が設けられて
いる。Ｈ型の上側内周面と下側内周面にはそれぞれ、金
属ケース２と接続するためのめねじ及び覆い金具４１と
接続するためのめねじが加工されている。底部金具３１
は、このめねじと金属ケース２の下部外周面に加工され
たねじとによって、金属ケース２に固定されており、
又、その下端部には、覆い金具４１がねじ込まれてい
る。覆い金具４１は、外径２０ｍｍ、内径１７ｍｍ、厚
さ１５ｍｍで断面凸型のステンレス製円板であり、凸部
の外周面には上記の底部金具３１に固定するためのねじ
加工が施されている。尚、底部金具３１のそれぞれのめ
ねじは、深さ５ｍｍ、ねじ径１４ｍｍである。
ｍｍのステンレス製円板を加工して得られるものであ
り、中央部（Ｈ型の横棒に相当する部分）には、変位伝
達軸７Ａを通すための穴径８ｍｍの貫通孔が設けられて
いる。Ｈ型の上側内周面と下側内周面にはそれぞれ、金
属ケース２と接続するためのめねじ及び覆い金具４１と
接続するためのめねじが加工されている。底部金具３１
は、このめねじと金属ケース２の下部外周面に加工され
たねじとによって、金属ケース２に固定されており、
又、その下端部には、覆い金具４１がねじ込まれてい
る。覆い金具４１は、外径２０ｍｍ、内径１７ｍｍ、厚
さ１５ｍｍで断面凸型のステンレス製円板であり、凸部
の外周面には上記の底部金具３１に固定するためのねじ
加工が施されている。尚、底部金具３１のそれぞれのめ
ねじは、深さ５ｍｍ、ねじ径１４ｍｍである。
【００１６】本実施例に用いた電歪効果素子１は積層型
のもので、底面５ｍｍ×５ｍｍ、長さ２０ｍｍの角柱で
ある。その下端面には変位伝達軸７Ａが、又、上端面に
は変位伝達軸７Ｂが、接着剤６Ａ、６Ｂでそれぞれ接着
されている。素子１下部の変位伝達軸７Ａは、上記の底
部金具３１の貫通穴を通して底部金具３１の下側外部に
突出している。そして、変位伝達軸７Ａの下端面と覆い
金具４１との間には、直径２ｍｍの金属製ボール１１が
配置されている。このボールは、炭素鋼をやき入れして
作ったものであり剛性が非常に高い。尚、二つの変位伝
達軸７Ａ、７Ｂはいずれもステンレス製で、素子１が接
着される側から外側に向けて突き出すような断面凸形で
ある。凸型の突き出した部分は、直径７．５ｍｍ、長さ
２５ｍｍであり、凸形の基部（素子１に接着される側）
は、直径９ｍｍ、厚さ３ｍｍである。
のもので、底面５ｍｍ×５ｍｍ、長さ２０ｍｍの角柱で
ある。その下端面には変位伝達軸７Ａが、又、上端面に
は変位伝達軸７Ｂが、接着剤６Ａ、６Ｂでそれぞれ接着
されている。素子１下部の変位伝達軸７Ａは、上記の底
部金具３１の貫通穴を通して底部金具３１の下側外部に
突出している。そして、変位伝達軸７Ａの下端面と覆い
金具４１との間には、直径２ｍｍの金属製ボール１１が
配置されている。このボールは、炭素鋼をやき入れして
作ったものであり剛性が非常に高い。尚、二つの変位伝
達軸７Ａ、７Ｂはいずれもステンレス製で、素子１が接
着される側から外側に向けて突き出すような断面凸形で
ある。凸型の突き出した部分は、直径７．５ｍｍ、長さ
２５ｍｍであり、凸形の基部（素子１に接着される側）
は、直径９ｍｍ、厚さ３ｍｍである。
【００１７】一方、素子１の上端面に接着された変位伝
達軸７Ｂの突出部には、直径１２ｍｍ、厚さ１．５ｍｍ
のはがね製皿ばね９が４個挿入されている。その突出部
は、金属ケース２の上部に冠着するようにねじ止めされ
た上部金具部材８Ｃの底面に設けられた貫通穴を通し
て、更にその上部に配置された逆凹形の上部金具部材８
Ａの凹み穴に挿入されている。ここで、上記の上部金具
部材８Ａは、直径２０ｍｍ、厚さ１０ｍｍのステンレス
製円板に、穴径１０ｍｍ、深さ５ｍｍの凹みを設けたも
のである。又、上部金具部材８Ｃは、直径２０ｍｍ、厚
さ１０ｍｍのステンレス製円板に直径１５ｍｍの貫通穴
を開け、更に内周面に深さ５ｍｍ、ねじ穴径１７ｍｍの
加工を施したものである。
達軸７Ｂの突出部には、直径１２ｍｍ、厚さ１．５ｍｍ
のはがね製皿ばね９が４個挿入されている。その突出部
は、金属ケース２の上部に冠着するようにねじ止めされ
た上部金具部材８Ｃの底面に設けられた貫通穴を通し
て、更にその上部に配置された逆凹形の上部金具部材８
Ａの凹み穴に挿入されている。ここで、上記の上部金具
部材８Ａは、直径２０ｍｍ、厚さ１０ｍｍのステンレス
製円板に、穴径１０ｍｍ、深さ５ｍｍの凹みを設けたも
のである。又、上部金具部材８Ｃは、直径２０ｍｍ、厚
さ１０ｍｍのステンレス製円板に直径１５ｍｍの貫通穴
を開け、更に内周面に深さ５ｍｍ、ねじ穴径１７ｍｍの
加工を施したものである。
【００１８】上記の上部金具部材８Ａの下面と上部金具
部材８Ｃの上面との間には、ステンレス製で変位発生軸
に沿って伸縮するベローズ形伸縮部８Ｂが配置されてい
る。この伸縮部８Ｂは、最大直径２０ｍｍ、最小直径１
５ｍｍ、板厚０．１５ｍｍ、長さ１０ｍｍであって、上
部金具部材８Ａ及び上部金具部材８Ｃにそれぞれ溶接さ
れている。
部材８Ｃの上面との間には、ステンレス製で変位発生軸
に沿って伸縮するベローズ形伸縮部８Ｂが配置されてい
る。この伸縮部８Ｂは、最大直径２０ｍｍ、最小直径１
５ｍｍ、板厚０．１５ｍｍ、長さ１０ｍｍであって、上
部金具部材８Ａ及び上部金具部材８Ｃにそれぞれ溶接さ
れている。
【００１９】本実施例においては、変位伝達軸７Ｂと上
部金具部材８Ａとの間に皿ばね９が設けられているの
で、従来の圧電アクチュエータと同様に、製造工程中で
素子１に対する圧縮力を決めることができることは勿論
であるが、更に、覆い金具４１のねじしめ力によってボ
ール１１を介して皿ばねが収縮し、その反発力が素子１
に加圧されるので、完成後でも、覆い金具４１のねじ込
み量を調整することによって、素子１への圧縮力つまり
アクチュエータとしての変位量を、容易に調整できる。
この場合、覆い金具４１は、変位発生軸（素子１の上端
面と下端面とをむすぶ軸）を中心にして回転するが、従
来の圧電アクチュエータとは異なって、ボール１１がこ
の覆い金具４１の回転運動が変位伝達軸７Ａに伝わるの
を遮断するので、素子１は回転せず、変位発生軸のまわ
りには応力が働かない。
部金具部材８Ａとの間に皿ばね９が設けられているの
で、従来の圧電アクチュエータと同様に、製造工程中で
素子１に対する圧縮力を決めることができることは勿論
であるが、更に、覆い金具４１のねじしめ力によってボ
ール１１を介して皿ばねが収縮し、その反発力が素子１
に加圧されるので、完成後でも、覆い金具４１のねじ込
み量を調整することによって、素子１への圧縮力つまり
アクチュエータとしての変位量を、容易に調整できる。
この場合、覆い金具４１は、変位発生軸（素子１の上端
面と下端面とをむすぶ軸）を中心にして回転するが、従
来の圧電アクチュエータとは異なって、ボール１１がこ
の覆い金具４１の回転運動が変位伝達軸７Ａに伝わるの
を遮断するので、素子１は回転せず、変位発生軸のまわ
りには応力が働かない。
【００２０】これまで述べた第１の実施例は、気密構造
ではないが、以下に述べる第２の実施例のように、底部
金具３１の貫通孔部分にダイヤフラムを用いることによ
り、気密構造にすることができる。図２は、このように
して気密構造にした本発明の第２の実施例の断面図であ
る。図２を参照すると、本実施例が図１に示す第１の実
施例と異るのは、断面Ｈ形の底部金具３１の貫通孔をふ
さぐようにして、Ｈ形の横棒に相当する部分にダイヤフ
ラム１２が溶接されている点と、覆い金具４２の断面形
状が二段の凸形をしている点である。ダイヤフラム１２
は、厚さ０．２ｍｍのステンレス製薄板である。
ではないが、以下に述べる第２の実施例のように、底部
金具３１の貫通孔部分にダイヤフラムを用いることによ
り、気密構造にすることができる。図２は、このように
して気密構造にした本発明の第２の実施例の断面図であ
る。図２を参照すると、本実施例が図１に示す第１の実
施例と異るのは、断面Ｈ形の底部金具３１の貫通孔をふ
さぐようにして、Ｈ形の横棒に相当する部分にダイヤフ
ラム１２が溶接されている点と、覆い金具４２の断面形
状が二段の凸形をしている点である。ダイヤフラム１２
は、厚さ０．２ｍｍのステンレス製薄板である。
【００２１】本実施例では、素子１下部の変位伝達軸７
Ａの突出部が短かくされ、底部金具３１の貫通孔には挿
入されていないが、その分覆い金具４２の中央の突出部
を上記貫通孔に近ずけてあり、その変位発生軸方向の運
動がボール１１とダイヤフラム１２とを介して変位伝達
軸７Ａに伝達される構造となっている。尚、図２には示
されていないが、本実施例では、上部金具部材８Ａ、伸
縮部８Ｂ、上部金具部材８Ｃ、金属ケース２及び底部金
具３１相互間の接続部分は全て気密に溶接されている。
本実施例によれば、圧電アクチュエータの耐環境性を高
めその用途を広めることができると共に、信頼性を更に
向上させることができる。
Ａの突出部が短かくされ、底部金具３１の貫通孔には挿
入されていないが、その分覆い金具４２の中央の突出部
を上記貫通孔に近ずけてあり、その変位発生軸方向の運
動がボール１１とダイヤフラム１２とを介して変位伝達
軸７Ａに伝達される構造となっている。尚、図２には示
されていないが、本実施例では、上部金具部材８Ａ、伸
縮部８Ｂ、上部金具部材８Ｃ、金属ケース２及び底部金
具３１相互間の接続部分は全て気密に溶接されている。
本実施例によれば、圧電アクチュエータの耐環境性を高
めその用途を広めることができると共に、信頼性を更に
向上させることができる。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の圧電アク
チュエータは、ひずみ発生素子とこれを支持する加圧部
材との間に、ひずみ発生素子の変位発生端面の一つに実
質的に直接接触する高剛性の球体を配置し、ひずみ発生
素子をこの球体を介して加圧部材で支持するようにし
て、この加圧部材が変位発生軸を回転軸として回転した
とき、球体がこの加圧部材の回転運動がひずみ発生素子
へ伝達するのを遮断し、ひずみ発生素子に変位発生軸の
回りの応力が加わるのを阻止するように構成されてい
る。
チュエータは、ひずみ発生素子とこれを支持する加圧部
材との間に、ひずみ発生素子の変位発生端面の一つに実
質的に直接接触する高剛性の球体を配置し、ひずみ発生
素子をこの球体を介して加圧部材で支持するようにし
て、この加圧部材が変位発生軸を回転軸として回転した
とき、球体がこの加圧部材の回転運動がひずみ発生素子
へ伝達するのを遮断し、ひずみ発生素子に変位発生軸の
回りの応力が加わるのを阻止するように構成されてい
る。
【００２３】これにより、本発明によれば、ケース入り
でプレロードを加えた型の圧電アクチュエータであっ
て、完成した後からでも、アクチュエータの損傷を伴な
うことなしにその変位量を外部から調節可能にされた圧
電アクチュエータを提供することができる。
でプレロードを加えた型の圧電アクチュエータであっ
て、完成した後からでも、アクチュエータの損傷を伴な
うことなしにその変位量を外部から調節可能にされた圧
電アクチュエータを提供することができる。
【図１】本発明の第１の実施例の断面図である。
【図２】本発明の第２の実施例の断面図である。
【図３】従来のケース入りでプレロード印加形圧電アク
チュエータの一例の断面図である。
チュエータの一例の断面図である。
１ 電歪効果素子 ２ 金属ケース ４ ハーメチック端子 ５ リード線 ６Ａ，６Ｂ 接着剤 ７，７Ａ，７Ｂ 変位伝達軸 ８ 上部金具 ８Ａ，８Ｃ 上部金具部材 ８Ｂ 伸縮部 ９ 皿ばね １１ ボール １２ ダイヤフラム ３０，３１ 底部金具 ４１，４２ 覆い金具
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大家 和政 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気 株式会社内 (56)参考文献 特開 平４−165683（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−144690（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−70465（ＪＰ，Ｕ)
Claims (3)
- 【請求項１】 与えられた駆動電圧に応じてひずみを発
生するひずみ発生素子と、前記ひずみ発生素子のひずみ
方向に垂直な二つの端面の一方に固着された第１の変位
伝達部材及びその第１の変位伝達部材に直列に固定され
た圧縮ばねと、前記圧縮ばねを介して前記ひずみ発生素
子を支持する第１の加圧部材と、前記ひずみ発生素子を
挟んで前記圧縮ばねに対置されて前記ひずみ発生素子を
前記二つの端面の他方の側から支持する第２の変位伝達
部材及び第２の加圧部材と、前記第１の加圧部材及び前
記第２の加圧部材と共に前記ひずみ発生素子、前記第１
の変位伝達部材、前記第２の変位伝達部材及び前記圧縮
ばねを内部に収納するケースとを含み、前記圧縮ばねの
反発力により前記ひずみ発生素子の前記二つの端面間に
圧縮力を加えるように構成された圧電アクチュエータに
おいて、 前記第２の変位伝達部材と前記第２の加圧部材との間に
それら各各の部材に一点接触する高剛性の球体を配し、
前記ひずみ発生素子を前記球体を介して前記第２の加圧
部材で支持するようにして、前記第２の加圧部材が前記
ひずみ方向に沿う軸を回転軸として回転したとき、前記
球体が前記第２の加圧部材の回転運動の前記ひずみ発生
素子への伝達を遮断し、前記ひずみ発生素子に前記回転
軸の回りの応力が加わるのを阻止するようにしたことを
特徴とする圧電アクチュエータ。 - 【請求項２】 与えられた駆動電圧に応じてひずみを発
生するひずみ発生素子と、 前記ひずみ発生素子のひずみ方向に垂直な二つの端面の
一方に固着された第１の変位伝達部材と、 前記ひずみ発生素子の前記二つの端面の他方に固着され
た第２の変位伝達部材と、 前記ひずみ発生素子、前記第１の変位伝達部材及び前記
第２の変位伝達部材を収納する、前記ひずみ方向に垂直
な両端面に開口部を有するケースと、 前記ひずみ方向に伸縮可能な伸縮部材を介して前記ケー
スの前記第１の変位伝達部材側の端部に固着され、前記
第１の変位伝達部材との間に設けられた圧縮ばね及び前
記第１の変位伝達部材を介して前記ひずみ発生素子を支
持する第１の加圧部材と、 前記ケースの前記第２の変位伝達部材側の端部に固着さ
れた、前記ひずみ方向に垂直な面内に前記第２の変位伝
達部材が貫通可能な開口部分を有する支持部材と、 前記支持部材に、前記ひずみ方向の位置が調整可能に取
り付けられた第２の加圧部材と、 前記第２の変位伝達部材と前記第２の加圧部材との間に
配置された、各各の部材に一点接触する高剛性の球体と
を含み、 前記支持部材と前記第２の加圧部材との前記ひずみ方向
の相対位置を調整することにより、前記ひずみ発生素子
に対する圧縮力の大小を調整可能な構成としたことを特
徴とする圧電アクチュエータ。 - 【請求項３】 請求項２記載の圧電アクチュエータにお
いて、 前記支持部材の前記開口部分に薄板状金属製のダイヤフ
ラムを設けこの開口部分を気密構造とし前記ひずみ発生
素子を前記第２の変位伝達部材、前記ダイヤフラム及び
前記球体を介して前記第２の加圧部材で支持する構造と
すると共に、前記ケース、前記第１の加圧部材、前記伸
縮部材及び前記支持部材相互間の固着部分を気密構造と
することによって、前記ひずみ発生素子、前記第１の変
位伝達部材、前記第２の変位伝達部材及び前記圧縮ばね
を気密封止したことを特徴とする圧電アクチュエータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5199850A JP2658812B2 (ja) | 1993-08-12 | 1993-08-12 | 圧電アクチュエータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5199850A JP2658812B2 (ja) | 1993-08-12 | 1993-08-12 | 圧電アクチュエータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0758370A JPH0758370A (ja) | 1995-03-03 |
| JP2658812B2 true JP2658812B2 (ja) | 1997-09-30 |
Family
ID=16414696
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5199850A Expired - Lifetime JP2658812B2 (ja) | 1993-08-12 | 1993-08-12 | 圧電アクチュエータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2658812B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101594024B (zh) * | 2009-07-06 | 2011-05-04 | 北京航空航天大学 | 机电作动器直线输出执行机构的故障隔离装置 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL1010366C2 (nl) | 1998-10-21 | 2000-04-25 | Hoogovens Corporate Services B | Inrichting voor een nauwkeurige positieregeling van een krachtoverbrengend systeem. |
| DE10259731A1 (de) * | 2002-12-19 | 2004-07-01 | Robert Bosch Gmbh | Aktor |
| JP5246149B2 (ja) * | 2009-12-08 | 2013-07-24 | 株式会社デンソー | インジェクタ |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01144690A (ja) * | 1987-11-30 | 1989-06-06 | Ohkura Electric Co Ltd | 積層圧電アクチュエータ |
| JPH0720930Y2 (ja) * | 1988-11-17 | 1995-05-15 | 日本電気株式会社 | 電歪効果素子 |
| JP3021607B2 (ja) * | 1990-10-30 | 2000-03-15 | 日本電気株式会社 | 圧電アクチュエータ |
-
1993
- 1993-08-12 JP JP5199850A patent/JP2658812B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101594024B (zh) * | 2009-07-06 | 2011-05-04 | 北京航空航天大学 | 机电作动器直线输出执行机构的故障隔离装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0758370A (ja) | 1995-03-03 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19970506 |