JP2913685B2 - 圧電アクチュエター - Google Patents
圧電アクチュエターInfo
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- JP2913685B2 JP2913685B2 JP1222041A JP22204189A JP2913685B2 JP 2913685 B2 JP2913685 B2 JP 2913685B2 JP 1222041 A JP1222041 A JP 1222041A JP 22204189 A JP22204189 A JP 22204189A JP 2913685 B2 JP2913685 B2 JP 2913685B2
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- piezoelectric element
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- force
- characteristic
- piezoelectric
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は圧電素子を駆動源とする圧電アクチュエータ
に関する。
に関する。
一般に、圧電素子は電気・機械エネルギ変換効率が高
く、低電力で駆動できるとともに、発熱量が少く磁気干
渉もしないため、各種アクチュエータに使用されてい
る。
く、低電力で駆動できるとともに、発熱量が少く磁気干
渉もしないため、各種アクチュエータに使用されてい
る。
しかも、この圧電素子は圧縮力に対して強く、引張力
に対しては非常に弱いという性質を有するため、通常ア
クチュエータとして使用する場合は圧電素子に引張力が
作用しないようにしている。
に対しては非常に弱いという性質を有するため、通常ア
クチュエータとして使用する場合は圧電素子に引張力が
作用しないようにしている。
第３図はかかる従来の一例を示す圧電アクチュエータ
の側面図である。
の側面図である。
第３図に示すように、かかる圧電アクチュエータは圧
電素子12をフレーム12の内側に圧入した構造であり、圧
電素子12に常に圧縮力を作用させることにより、圧電素
子12の信頼性を高めたものである。
電素子12をフレーム12の内側に圧入した構造であり、圧
電素子12に常に圧縮力を作用させることにより、圧電素
子12の信頼性を高めたものである。
上述した従来の圧電アクチュエータは、フレームが圧
電素子に対して線形のばねとして作用するため、圧電素
子の発生変位が大きくなるに比例してフレームからの反
力も大きくなる。その結果、圧電素子の変位量はフレー
ムを使用しない場合のそれと比較して小さくなる。例え
ば、フレームのばね定数と圧電素子のばね定数とが等し
い場合には、圧電素子の変位量はフレームを使用しない
場合の1/2に減少する。すなわち、従来例では、圧電素
子の発生変位が大幅に減少するという欠点がある。
電素子に対して線形のばねとして作用するため、圧電素
子の発生変位が大きくなるに比例してフレームからの反
力も大きくなる。その結果、圧電素子の変位量はフレー
ムを使用しない場合のそれと比較して小さくなる。例え
ば、フレームのばね定数と圧電素子のばね定数とが等し
い場合には、圧電素子の変位量はフレームを使用しない
場合の1/2に減少する。すなわち、従来例では、圧電素
子の発生変位が大幅に減少するという欠点がある。
また、圧電素子の変位量を減少させないためには、印
加電圧を大きくしなければならないという問題がある。
加電圧を大きくしなければならないという問題がある。
本発明の目的は、かかる圧電素子の変位量の増大と、
駆動印加電圧の低電圧化および低コスト化を実現する圧
電アクチュエータを提供することにある。
駆動印加電圧の低電圧化および低コスト化を実現する圧
電アクチュエータを提供することにある。
本発明の圧電アクチュエータは、フレームに一端を支
持された圧電素子と、前記圧電素子の他端に取付けられ
且つ前記圧電素子の伸縮方向に力を作用するとともにそ
の力に対する変位の特性が負特性を示す非線形ばねとを
有して構成される。
持された圧電素子と、前記圧電素子の他端に取付けられ
且つ前記圧電素子の伸縮方向に力を作用するとともにそ
の力に対する変位の特性が負特性を示す非線形ばねとを
有して構成される。
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。
る。
第１図は本発明の一実施例を示す圧電アクチュエータ
の断面図である。
の断面図である。
第１図に示すように、本実施例は伸縮方向の一端に外
部に変位を伝達するためのロッド１を設けた圧電素子２
と、圧電素子２に力を作用する負特性の非線形ばね３お
よび４と、圧電素子2,負特性ばね３および４を固定する
フレーム５とから構成されている。この圧電アクチュエ
ータにおける負特性ばね３および４は板状の座屈ばねで
あり、その軸方向の力および変位の関係は非線形の負特
性、すなわち変位が大きくなると力の増分が減少する特
性を有している。
部に変位を伝達するためのロッド１を設けた圧電素子２
と、圧電素子２に力を作用する負特性の非線形ばね３お
よび４と、圧電素子2,負特性ばね３および４を固定する
フレーム５とから構成されている。この圧電アクチュエ
ータにおける負特性ばね３および４は板状の座屈ばねで
あり、その軸方向の力および変位の関係は非線形の負特
性、すなわち変位が大きくなると力の増分が減少する特
性を有している。
第２図は第１図に示す負特性非線形ばねの変位・力特
性図である。
性図である。
第２図に示すように、ここでは圧電素子の変位・力特
性6A（電圧Ｏ）,6B（電圧V1）,6C（電圧V2）と、線形ば
ねの変位・力特性７と、負特性の非線形ばねの変位・力
特性８とを示している。この圧電素子特性線6A〜6Bと、
ばね特性線7,8の交点が動作点である。また、この圧電
素子特性線6A,6Bはそれぞれ電圧Ｏの場合と所定の電圧V
1の場合を示し、その中間の電圧（V2）では、上の二本
の特性線6Aと6Bとの間を平行移動する。本実施例では、
変位が大きくなるにしたがい、力の増分が小さくなる負
特性の非線形ばねを使用しているので、圧電素子の発生
変位はX2となり、従来の線形ばねを使用したときの変位
X1よりも大きな変位が得られる。しかも、圧電素子単位
の場合の発生変位X3に近い値が得られる。
性6A（電圧Ｏ）,6B（電圧V1）,6C（電圧V2）と、線形ば
ねの変位・力特性７と、負特性の非線形ばねの変位・力
特性８とを示している。この圧電素子特性線6A〜6Bと、
ばね特性線7,8の交点が動作点である。また、この圧電
素子特性線6A,6Bはそれぞれ電圧Ｏの場合と所定の電圧V
1の場合を示し、その中間の電圧（V2）では、上の二本
の特性線6Aと6Bとの間を平行移動する。本実施例では、
変位が大きくなるにしたがい、力の増分が小さくなる負
特性の非線形ばねを使用しているので、圧電素子の発生
変位はX2となり、従来の線形ばねを使用したときの変位
X1よりも大きな変位が得られる。しかも、圧電素子単位
の場合の発生変位X3に近い値が得られる。
一方、従来の場合と同じ変位量X1でよい場合には、圧
電素子への印加電圧はV2でよく、従来の場合に必要とし
た印加電圧V1よりも小さくて済む。
電素子への印加電圧はV2でよく、従来の場合に必要とし
た印加電圧V1よりも小さくて済む。
第１図および第２図で説明したように、本実施例は負
特性を有するばね3,4を用いているので圧電素子２の変
位が大きくなっても、圧電素子２に作用する力はほぼ一
定でそれ程増加しないため、圧電素子２が単体の場合の
発生変位に近い大きな変位量をロッド１を通して取り出
すことができる。また、従来と同程度の変位量でよいな
ら、印加電圧を低くでき、圧電素子２の大きさを従来よ
りも小さくすることができる。この圧電素子２の大きさ
が小さくなければ、低コストの圧電アクチュエータが得
られる。
特性を有するばね3,4を用いているので圧電素子２の変
位が大きくなっても、圧電素子２に作用する力はほぼ一
定でそれ程増加しないため、圧電素子２が単体の場合の
発生変位に近い大きな変位量をロッド１を通して取り出
すことができる。また、従来と同程度の変位量でよいな
ら、印加電圧を低くでき、圧電素子２の大きさを従来よ
りも小さくすることができる。この圧電素子２の大きさ
が小さくなければ、低コストの圧電アクチュエータが得
られる。
なお、本実施例では負特性の非線形ばねとして、板状
の座屈ばねの場合を示したが、他の形状あるいは構成の
ばねであっても、その特性が第２図中に示したような負
特性の非線形性を示すものであれば、同様の機能を発揮
することができる。
の座屈ばねの場合を示したが、他の形状あるいは構成の
ばねであっても、その特性が第２図中に示したような負
特性の非線形性を示すものであれば、同様の機能を発揮
することができる。
以上説明したように、本発明の圧電アクチュエータ
は、圧電素子に負特性ばねを結合することにより、大き
な変位が得られるほか、従来よりも低電圧駆動が可能と
なり、低コスト化できるという効果がある。
は、圧電素子に負特性ばねを結合することにより、大き
な変位が得られるほか、従来よりも低電圧駆動が可能と
なり、低コスト化できるという効果がある。
第１図は本発明の一実施例を示す圧電アクチュエータの
断面図、第２図は第１図に示す負特性非線形ばね等の変
位・力特性図、第３図は従来の一例を示す圧電アクチュ
エータの側面図である。 １……ロッド、２……圧電素子、3,4……負特性ばね、
５……フレーム。
断面図、第２図は第１図に示す負特性非線形ばね等の変
位・力特性図、第３図は従来の一例を示す圧電アクチュ
エータの側面図である。 １……ロッド、２……圧電素子、3,4……負特性ばね、
５……フレーム。
Claims (1)
- 【請求項１】フレームに一端を支持された圧電素子と、
前記圧電素子の他端に取付けられ且つ前記圧電素子の伸
縮方向に力を作用するとともにその力に対する変位の特
性が負特性を示す非線形ばねとを有することを特徴とす
る圧電アクチュエータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1222041A JP2913685B2 (ja) | 1989-08-29 | 1989-08-29 | 圧電アクチュエター |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1222041A JP2913685B2 (ja) | 1989-08-29 | 1989-08-29 | 圧電アクチュエター |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0384974A JPH0384974A (ja) | 1991-04-10 |
| JP2913685B2 true JP2913685B2 (ja) | 1999-06-28 |
Family
ID=16776161
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1222041A Expired - Fee Related JP2913685B2 (ja) | 1989-08-29 | 1989-08-29 | 圧電アクチュエター |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2913685B2 (ja) |
-
1989
- 1989-08-29 JP JP1222041A patent/JP2913685B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0384974A (ja) | 1991-04-10 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |