JP3944931B2 - Piezo actuator - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、印加される電圧により伸長するピエゾアクチュエータの与圧構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
自動車用エンジンに備えられる燃料噴射弁等に、印加電圧に応じて伸張するピエゾ素子を積層したピエゾアクチュエータを備え、ピエゾアクチュエータを介してニードル(弁体)を開弁作動させるものがあった。ニードルをピエゾアクチュエータにより駆動することにより、燃料噴射弁の高速応答性が高まり、高出力化に対応するための噴射可能範囲を拡大できる。また、少量の燃料を安定して噴射することが可能となり、燃費の低減がはかれる。
【0003】
従来、この種のピエゾアクチュエータとして、例えば図4に示すようなものがある(特開平7−193295号公報、参照)。
【0004】
これについて説明すると、積層型ピエゾアクチュエータ71は、その両端に端板72,73が取付けられ、各端板72,73を介してピエゾアクチュエータ71を圧縮する円筒状をしたバネ74が設けられる。ピエゾアクチュエータ71は筒状バネ74を介して通常の動作力の2〜3割の与圧が付与されることにより、安定した作動性が確保される。
【0005】
ピエゾアクチュエータ71の製造時、筒状バネ74は所定温度に加熱された状態で各端板72,73に溶接により結合される。溶接後に筒状バネ74が常温まで低下すると、熱膨張差により所定の与圧荷重がピエゾアクチュエータ71に付与されるようになっている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の筒状バネ74は、熱膨張差を利用して与圧荷重を発生させる構造のため、与圧荷重にバラツキが生じやすいという問題点があった。
【0007】
また、ピエゾアクチュエータ71の温度変化によって筒状バネ74が付与する与圧荷重が大きく変化するため、ピエゾアクチュエータ71の作動特性が安定しないという問題点があった。
【0008】
特に、こうしたピエゾアクチュエータを例えば自動車用エンジンに備えられる燃料噴射弁のように使用環境が高温になる装置に適用すると、高温時に与圧荷重が少なくなり、ピエゾアクチュエータの安定作動がより一層困難になるのである。
【0009】
これに対処して、筒状バネ74を各端板72,73に溶接する際の温度を300°C程度に高めることが考えられるが、これはピエゾアクチュエータ71を過熱することになり、この場合、複数のピエゾ素子を積層する際に用いられる接着剤等の剥離を招く可能性がある。
【0010】
本発明は上記の問題点を鑑みてなされたものであり、ピエゾアクチュエータに無理無く与圧荷重を付加することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載のピエゾアクチュエータは、印加される電圧により伸長する複数の積層されたピエゾ素子と、前記積層されたピエゾ素子の両端に接合する一対の端板と、前記積層されたピエゾ素子の外周を包むように配置され、前記各端板を介してピエゾ素子を圧縮方向に与圧するコイルバネと、前記コイルバネの一方の端部に連結される環状のバネケースと、前記バネケースが螺合する筒状のガイド部と前記コイルバネの軸方向の荷重を前記一方の端板に作用させる底部とを有するアクチュエータガイドと、前記アクチュエータガイドの底部と前記端板のいずか一方に形成された凹部と、前記凹部に収装され、前記コイルバネの荷重を前記バネケースを介して前記端板に作用させるとともに、前記アクチュエータガイドを回転させたときに前記ピエゾ素子に回転方向の捩り荷重が発生することを防止するボールとを備えるものとした。
【0012】
請求項2に記載のピエゾアクチュエータは、請求項1に記載の発明において、前記コイルバネの内側に積層された各ピエゾ素子が収装されるガス室を備えるものとした。
【0013】
請求項3に記載のピエゾアクチュエータは、請求項2に記載の発明において、前記ガス室を区画形成する筒状をしたベローズを備えるものとした。
【0014】
請求項4に記載のピエゾアクチュエータは、請求項2に記載の発明において、前記ガス室を区画形成し、前記アクチュエータガイドに摺動可能に嵌合させた有底円筒部材と、前記アクチュエータガイドと前記有底円筒部材との嵌合部に介装した前記ガス室を密封するOリングとを備えるものとした。
【0017】
【発明の作用および効果】
請求項1に記載の発明において、ピエゾアクチュエータは各ピエゾ素子に電圧が印加されて電荷が蓄えられることにより瞬時に伸長し、電圧を遮断しその両端子間を短絡することにより瞬時に収縮する。
【0018】
ピエゾアクチュエータはコイルバネを介して通常の動作力に対して所定割合の圧縮荷重が軸方向に付与される。線材がコイル状に巻かれたコイルバネは、各ピエゾ素子の径方向に付与するアンバランス荷重が小さく、ピエゾアクチュエータの安定した作動性が確保される。
【0019】
線材がコイル状に巻かれたコイルバネは、積層されたピエゾ素子の両端の距離に応じて線材が大きく弾性変形する構造のため、コイルバネの加工精度や組立精度に影響されることなく、ピエゾアクチュエータに付与される与圧荷重を高い精度で管理することができる。
【0020】
また、コイルバネと各ピエゾ素子間の熱膨張差による与圧荷重の変化が小さく、温度変化によって与圧荷重が変動することが抑えられ、ピエゾアクチュエータの安定した作動性が確保される。
【0021】
イルバネはその伸縮に伴ってボールを介してピエゾアクチュエータに対して相対回転し、コイルバネから捩り荷重が各ピエゾ素子に付与されることがなく、ピエゾアクチュエータの安定した作動性が得られる。
【0022】
ネケースのアクチュエータガイドに対する螺合位置を変えることにより、コイルバネがピエゾアクチュエータに付与するコイルバネの圧縮荷重を容易に調節することができ、生産性、整備性の向上がはかれる。
【0023】
請求項に記載の発明において、ピエゾ素子を収装するガス室が画成されることにより、ピエゾアクチュエータの温度変化による結露が各ピエゾ素子に生じることを防止できる。
【0024】
ガス室がコイルバネの内側に配置されることにより、ピエゾアクチュエータの大型化が避けられる。
【0025】
請求項に記載の発明において、各ピエゾ素子の伸縮に伴ってベローズが伸縮し、ガス室の密封性が確保される。
【0026】
請求項に記載の発明において、各ピエゾ素子の伸縮に伴ってアクチュエータガイドと有底円筒部材とが摺動し、両者の間に介装されたOリングを介してガス室の密封性が確保される。
【0027】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【0028】
図1に示すように、ピエゾアクチュエータ1は円盤状をした複数のピエゾ素子13が、同じく円盤状をした内部電極板を挟んで積層され、接着剤を介して固定される。各ピエゾ素子は内部電極板を介して電圧が印加されて電荷が蓄えられることにより瞬時に板厚が増え、電圧を遮断しその両内部電極板を短絡することにより瞬時に板厚が減るようになっている。
【0029】
各ピエゾ素子13の間にはマイナス側の内部電極板とプラス側の内部電極板が交互に積層される。マイナス側の内部電極板と、プラス側の内部電極板は、それぞれ積層された各ピエゾ素子13の側面に設けられた帯状の各外部電極に結合され、リード線を介して駆動回路に接続されている。
【0030】
円柱状に積層された各ピエゾ素子13の両端には一対の端板2,3が設けられる。各端板2,3はピエゾ素子13に内部電極板を介して接着される。
【0031】
円柱状に積層された各ピエゾ素子13を圧縮方向に与圧するコイルバネ4が設けられる。コイルバネ4の両端には一対のバネケース6,5が取付けられる。各バネケース6,5の間にコイルバネ4が伸長した状態で介装され、バネケース6,5の間に端板2.3を介して積層された各ピエゾ素子13が挟持される。
【0032】
上部バネケース6と上部端板2の間にはアクチュエータガイド7が設けられる。アクチュエータガイド7は有底円筒状に形成され、上部端板2を着座させる円盤状の底部21と、底部21から筒状に延びるガイド部22を有する。ガイド部22の外周にはネジ部9が刻まれ、環状の上部バネケース6がこのネジ部9に螺合する。これによりバネケース66に形成されたバネ支持部6bはコイルバネ4の上部を任意の位置に保持することができる。同じく有底円筒状のバネケース5に端板3を収納すことにより、バネ支持部55はコイルバネ4の下端を保持する。
【0033】
上部端板2の中央部にはアクチュエータガイド7の底部21に対峙するように円錐上に窪む凹部24が形成され、凹部24とアクチュエータガイド7の間に鋼球等の硬質材料からなるボール8が介装される。なお、凹部24を底部21側に形成することも可能である。
【0034】
ピエゾアクチュエータ5を構成する、上下の各端板2,3、各バネケース6,5、コイルバネ4、アクチュエータガイド7、ボール8は、それぞれ円柱状に積層された各ピエゾ素子13と同軸上に配置される。
【0035】
以上のように構成され、次に作用について説明する。
【0036】
ピエゾアクチュエータ1は各ピエゾ素子13に電圧が印加されることにより伸長し、電圧が遮断されることにより収縮する。
【0037】
ピエゾアクチュエータ1はコイルバネ4を介して通常の動作力に対して所定割合の圧縮荷重が軸方向に付与される。線材がコイル状に巻かれたコイルバネ4は、各ピエゾ素子13の径方向に付与するアンバランス荷重が小さく、ピエゾアクチュエータ1の安定した作動性が確保される。
【0038】
線材がコイル状に巻かれたコイルバネ4は、バネケース6,5間の距離に応じて線材が大きく弾性変形する構造のため、コイルバネ4の加工精度や組立精度に影響されることなく、ピエゾアクチュエータ1に付与される与圧荷重を高い精度で管理することができる。
【0039】
また、コイルバネ4と各ピエゾ素子13の熱膨張差による与圧荷重の変化が小さく、温度変化によって与圧荷重が変動することが抑えられ、ピエゾアクチュエータ1の作動特性が安定する。
【0040】
上部バネケース6のアクチュエータガイド7に対する螺合位置を変えることにより、コイルバネ4がピエゾアクチュエータ1に付与するコイルバネ4の圧縮荷重を容易に調節することができ、生産性、整備性の向上がはかれる。
【0041】
このとき、アクチュエータガイド7と端板2との間にボール8が介装されているので、アクチュエータガイド7を回転させることにより、コイルバネ4を捩ることなく、バネケース6とアクチュエータガイド7との螺合位置を変えることができる。
【0042】
さらに、コイルバネ4の組付け時にピエゾアクチュエータ1を加熱する必要がなく、接着剤等の剥離を回避できる。
【0043】
コイルバネ4が各ピエゾ素子13の外周を包むように配置されるため、ピエゾアクチュエータ5のコンパクト化がはかれる。
【0044】
コイルバネ4はその伸縮に伴ってボール8を介してピエゾアクチュエータ1と相対回転し、コイルバネ4から捩り荷重を各ピエゾ素子13に付与することがなく、ピエゾアクチュエータ1の安定した作動性が得られる。
【0045】
次に、図2に示す実施形態について説明する。なお、図1との対応部分には同一符号を付す。
【0046】
コイルバネ4の内側に積層された各ピエゾ素子13を収装するガス室14が設けられる。
【0047】
ガス室14は一対のアクチュエータガイド7,10とベローズ15等によって画成される。ガス室14には窒素ガスが封入される。
【0048】
上部アクチュエータガイド7は有底円筒状に形成され、上部端板2を着座させる円盤状の底部21と、底部21から筒状に延びるガイド部22を有する。ガイド部22の外周にはネジ部9が刻まれ、環状の上部バネケース6はこのネジ部9に螺合する。
【0049】
下部アクチュエータガイド10は円筒状に形成され、その下端がOリング16を介して下部バネケース5に着座する。
【0050】
ベローズ15はその断面が蛇腹状に曲折した筒状に形成され、各アクチュエータガイド7,10の間に圧縮された状態で介装される。
【0051】
以上のように構成され、次に作用について説明する。
【0052】
ガス室14には窒素ガスが封入されることにより、ピエゾアクチュエータ1の温度変化による結露が各ピエゾ素子13に生じることを防止できる。
【0053】
各ピエゾ素子13の伸縮に伴ってベローズ15が伸縮し、ベローズ15の弾性復元力によりOリング16が下部バネケース5に押圧され、ガス室14の密封性が確保される。
【0054】
また、ガス室14がコイルバネ4の内側に配置されることにより、ピエゾアクチュエータ1の大型化が避けられる。
【0055】
次に、図3に示す実施形態について説明する。なお、図1との対応部分には同一符号を付す。
【0056】
コイルバネ4の内側に積層された各ピエゾ素子13を収装するガス室14が設けられる。
【0057】
ガス室14は一対のアクチュエータガイド7,10等によって画成される。ガス室14には窒素ガスが封入される。
【0058】
上部アクチュエータガイド7は有底円筒状に形成され、上部端板2を着座させる円盤状の底部21と、底部21から筒状に延びるガイド部22を有する。ガイド部22の外周にはネジ部9が刻まれ、環状の上部バネケース6はこのネジ部9に螺合する。
【0059】
下部アクチュエータガイド10は円筒状に形成され、その下端が下部端板3に溶接により結合される。
【0060】
上部アクチュエータガイド7の筒部22の外側に下部アクチュエータガイド10が嵌合し、両者の間にOリング17が介装される。
【0061】
以上のように構成され、次に作用について説明する。
【0062】
この場合も、ガス室14には窒素ガスが封入されることにより、ピエゾアクチュエータ1の温度変化による結露が各ピエゾ素子13に生じることを防止できる。
【0063】
各ピエゾ素子13の伸縮に伴って各アクチュエータガイド7,10が摺動し、両者の間に介装されたOリング17を介してガス室14の密封性が確保される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態を示すピエゾアクチュエータの断面図。
【図2】他の実施形態を示すピエゾアクチュエータの断面図。
【図3】さらに他の実施形態を示すピエゾアクチュエータの断面図。
【図4】従来例を示すピエゾアクチュエータの断面図。
【符号の説明】
1 ピエゾアクチュエータ
2 端板
3 端板
4 コイルバネ
5 バネケース
6 バネケース
7 アクチュエータガイド
8 ボール
9 ネジ部
10 アクチュエータガイド
13 ピエゾ素子
14 ガス室
15 ベローズ
16 Oリング
17 Oリング
21 底部
22 ガイド部
24 凹部
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a pressurizing structure of a piezo actuator that expands by an applied voltage.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Some fuel injection valves and the like provided in automobile engines include a piezo actuator in which piezo elements that expand according to an applied voltage are stacked, and a needle (valve element) is opened through the piezo actuator. By driving the needle with a piezo actuator, the high-speed response of the fuel injection valve is enhanced, and the injectable range for accommodating high output can be expanded. In addition, a small amount of fuel can be stably injected, and fuel consumption can be reduced.
[0003]
Conventionally, there is a piezoelectric actuator of this type as shown in FIG. 4, for example (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-193295).
[0004]
This will be described. The laminated piezoelectric actuator 71 has end plates 72 and 73 attached to both ends thereof, and a cylindrical spring 74 that compresses the piezoelectric actuator 71 via the end plates 72 and 73 is provided. The piezoelectric actuator 71 is applied with a pressure of 20 to 30% of the normal operating force via the cylindrical spring 74, so that stable operability is ensured.
[0005]
When the piezo actuator 71 is manufactured, the cylindrical spring 74 is joined to the end plates 72 and 73 by welding while being heated to a predetermined temperature. When the cylindrical spring 74 is lowered to room temperature after welding, a predetermined pressurized load is applied to the piezo actuator 71 due to a difference in thermal expansion.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the conventional cylindrical spring 74 has a structure that generates a pressurized load using a difference in thermal expansion, there is a problem that the pressurized load is likely to vary.
[0007]
In addition, since the pressurizing load applied by the cylindrical spring 74 is greatly changed by the temperature change of the piezo actuator 71, there is a problem that the operation characteristics of the piezo actuator 71 are not stable.
[0008]
In particular, when such a piezo actuator is applied to a device that is used in a high temperature environment such as a fuel injection valve provided in an automobile engine, the pressurized load is reduced at a high temperature, and the stable operation of the piezo actuator becomes even more difficult. It is.
[0009]
To cope with this, it is conceivable to increase the temperature when welding the cylindrical spring 74 to each of the end plates 72 and 73 to about 300 ° C. This will overheat the piezo actuator 71, in this case There is a possibility of causing peeling of an adhesive or the like used when laminating a plurality of piezoelectric elements.
[0010]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to apply a pressurized load to a piezo actuator without difficulty.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The piezo actuator according to claim 1, wherein a plurality of stacked piezo elements extending by an applied voltage , a pair of end plates joined to both ends of the stacked piezo elements, and the stacked piezo elements A coil spring that is arranged so as to wrap around the outer periphery and pressurizes the piezo element in the compression direction via each end plate, an annular spring case connected to one end of the coil spring, and a cylindrical shape in which the spring case is screwed An actuator guide having a guide portion and a bottom portion that applies an axial load of the coil spring to the one end plate; a recess formed in one of the bottom portion of the actuator guide and the end plate; and the recess portion And when the load of the coil spring is applied to the end plate via the spring case and the actuator guide is rotated. Serial twisting load in the rotational direction to the piezoelectric element is intended to comprise a ball to prevent the occurrence.
[0012]
According to a second aspect of the present invention, in the piezoelectric actuator according to the first aspect, the piezoelectric actuator includes a gas chamber in which the piezoelectric elements stacked inside the coil spring are accommodated .
[0013]
According to a third aspect of the present invention, the piezoelectric actuator according to the second aspect of the present invention includes a cylindrical bellows that partitions the gas chamber .
[0014]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the piezoelectric actuator according to the second aspect, wherein the gas chamber is defined and a bottomed cylindrical member slidably fitted to the actuator guide, the actuator guide, An O-ring for sealing the gas chamber interposed in the fitting portion with the bottomed cylindrical member is provided .
[0017]
Operation and effect of the invention
In the first aspect of the present invention, the piezo actuator expands instantaneously when a voltage is applied to each piezo element and charges are stored, and contracts instantaneously by cutting off the voltage and short-circuiting both terminals.
[0018]
A piezoelectric actuator is applied with a predetermined compressive load in the axial direction with respect to a normal operating force via a coil spring. The coil spring in which the wire is wound in a coil shape has a small unbalance load applied in the radial direction of each piezo element, and ensures stable operability of the piezo actuator.
[0019]
A coil spring in which a wire is wound in a coil shape has a structure in which the wire is greatly elastically deformed according to the distance between both ends of the laminated piezo elements, so that the piezoelectric spring can be used without being affected by the processing accuracy and assembly accuracy of the coil spring. The applied pressure load can be managed with high accuracy.
[0020]
In addition, a change in the pressurizing load due to a difference in thermal expansion between the coil spring and each piezoelectric element is small, and a change in the pressurizing load due to a temperature change is suppressed, so that stable operability of the piezoelectric actuator is ensured.
[0021]
Co Irubane is relatively rotated with respect to the piezoelectric actuator via a ball with its expansion, without twisting load is applied to the piezoelectric element from the coil spring, stable operating properties of the piezoelectric actuator is obtained.
[0022]
By changing the screwing position relative to the actuator guide bar Nekesu, the coil spring can be adjusted easily compressive load of the coil spring to be applied to the piezoelectric actuator, productivity, improvement of maintainability achieved.
[0023]
In the second aspect of the present invention, the gas chamber in which the piezo element is accommodated is defined, so that dew condensation due to a temperature change of the piezo actuator can be prevented from occurring in each piezo element.
[0024]
By disposing the gas chamber inside the coil spring, an increase in size of the piezo actuator can be avoided.
[0025]
In the invention according to claim 3 , the bellows expands and contracts with expansion and contraction of each piezoelectric element, and the sealing performance of the gas chamber is ensured.
[0026]
In the invention according to claim 4 , the actuator guide and the bottomed cylindrical member slide with the expansion and contraction of each piezo element, and the sealing performance of the gas chamber is ensured through an O-ring interposed therebetween. Is done.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0028]
As shown in FIG. 1, the piezo actuator 1 includes a plurality of disk-shaped piezo elements 13 stacked on both sides of a disk-shaped internal electrode plate and fixed with an adhesive. Each piezo element increases its thickness instantly when voltage is applied through the internal electrode plates and charges are stored, and the thickness decreases instantaneously by cutting off the voltage and shorting both internal electrode plates. It has become.
[0029]
Between the piezo elements 13, negative internal electrode plates and positive internal electrode plates are alternately stacked. The negative-side internal electrode plate and the positive-side internal electrode plate are coupled to the respective strip-shaped external electrodes provided on the side surfaces of the laminated piezoelectric elements 13 and connected to the drive circuit via lead wires. Yes.
[0030]
A pair of end plates 2 and 3 are provided at both ends of each piezo element 13 stacked in a columnar shape. Each end plate 2 and 3 is bonded to the piezo element 13 via an internal electrode plate.
[0031]
A coil spring 4 is provided to pressurize each piezoelectric element 13 stacked in a columnar shape in the compression direction. A pair of spring cases 6 and 5 are attached to both ends of the coil spring 4. The coil springs 4 are interposed between the spring cases 6 and 5 in an extended state, and the piezoelectric elements 13 stacked between the spring cases 6 and 5 via the end plate 2.3 are sandwiched.
[0032]
An actuator guide 7 is provided between the upper spring case 6 and the upper end plate 2. The actuator guide 7 is formed in a bottomed cylindrical shape, and has a disc-shaped bottom portion 21 on which the upper end plate 2 is seated, and a guide portion 22 that extends from the bottom portion 21 in a cylindrical shape. A screw portion 9 is carved on the outer periphery of the guide portion 22, and the annular upper spring case 6 is screwed into the screw portion 9. Thereby, the spring support part 6b formed in the spring case 66 can hold | maintain the upper part of the coil spring 4 in arbitrary positions. Similarly, by accommodating the end plate 3 in the bottomed cylindrical spring case 5, the spring support portion 55 holds the lower end of the coil spring 4.
[0033]
A concave portion 24 recessed on a cone is formed at the center portion of the upper end plate 2 so as to face the bottom portion 21 of the actuator guide 7, and a ball 8 made of a hard material such as a steel ball is formed between the concave portion 24 and the actuator guide 7. Is installed. Note that the recess 24 can be formed on the bottom 21 side.
[0034]
The upper and lower end plates 2, 3, the spring cases 6, 5, the coil spring 4, the actuator guide 7, and the ball 8 constituting the piezo actuator 5 are arranged coaxially with the piezo elements 13 stacked in a cylindrical shape. The
[0035]
The operation will be described next.
[0036]
The piezo actuator 1 expands when a voltage is applied to each piezo element 13 and contracts when the voltage is cut off.
[0037]
The piezoelectric actuator 1 is applied with a predetermined proportion of compressive load in the axial direction with respect to the normal operating force via the coil spring 4. The coil spring 4 in which the wire is wound in a coil shape has a small unbalance load applied in the radial direction of each piezo element 13, and stable operability of the piezo actuator 1 is ensured.
[0038]
The coil spring 4 in which the wire is wound in the shape of a coil has a structure in which the wire is greatly elastically deformed according to the distance between the spring cases 6 and 5, so that the piezoelectric actuator 1 is not affected by the processing accuracy and assembly accuracy of the coil spring 4. It is possible to manage the pressurizing load applied to the head with high accuracy.
[0039]
Further, the change in the pressurization load due to the difference in thermal expansion between the coil spring 4 and each piezoelectric element 13 is small, and the change in the pressurization load due to the temperature change is suppressed, and the operation characteristics of the piezoelectric actuator 1 are stabilized.
[0040]
By changing the screwing position of the upper spring case 6 with respect to the actuator guide 7, the compression load of the coil spring 4 applied to the piezo actuator 1 by the coil spring 4 can be easily adjusted, and the productivity and maintainability can be improved.
[0041]
Since the ball 8 is interposed between the actuator guide 7 and the end plate 2 at this time, the spring case 6 and the actuator guide 7 are screwed together without rotating the coil spring 4 by rotating the actuator guide 7. The position can be changed.
[0042]
Furthermore, it is not necessary to heat the piezo actuator 1 when the coil spring 4 is assembled, and peeling of the adhesive or the like can be avoided.
[0043]
Since the coil spring 4 is disposed so as to wrap around the outer periphery of each piezo element 13, the piezo actuator 5 can be made compact.
[0044]
As the coil spring 4 expands and contracts, the coil spring 4 rotates relative to the piezo actuator 1 via the ball 8, and a torsional load is not applied to each piezo element 13 from the coil spring 4, so that stable operability of the piezo actuator 1 is obtained.
[0045]
Next, the embodiment shown in FIG. 2 will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to a corresponding part with FIG.
[0046]
A gas chamber 14 for housing each piezoelectric element 13 stacked inside the coil spring 4 is provided.
[0047]
The gas chamber 14 is defined by a pair of actuator guides 7 and 10 and a bellows 15 or the like. Nitrogen gas is sealed in the gas chamber 14.
[0048]
The upper actuator guide 7 is formed in a bottomed cylindrical shape, and has a disc-shaped bottom portion 21 on which the upper end plate 2 is seated, and a guide portion 22 that extends from the bottom portion 21 in a cylindrical shape. A screw portion 9 is carved on the outer periphery of the guide portion 22, and the annular upper spring case 6 is screwed into the screw portion 9.
[0049]
The lower actuator guide 10 is formed in a cylindrical shape, and the lower end thereof is seated on the lower spring case 5 via the O-ring 16.
[0050]
The bellows 15 is formed in a cylindrical shape whose cross section is bent in a bellows shape, and is interposed between the actuator guides 7 and 10 in a compressed state.
[0051]
The operation will be described next.
[0052]
By filling the gas chamber 14 with nitrogen gas, it is possible to prevent dew condensation due to a temperature change of the piezo actuator 1 from occurring in each piezo element 13.
[0053]
The bellows 15 expands and contracts with the expansion and contraction of each piezo element 13, and the O-ring 16 is pressed against the lower spring case 5 by the elastic restoring force of the bellows 15, and the sealing performance of the gas chamber 14 is ensured.
[0054]
Further, since the gas chamber 14 is disposed inside the coil spring 4, an increase in size of the piezo actuator 1 can be avoided.
[0055]
Next, the embodiment shown in FIG. 3 will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to a corresponding part with FIG.
[0056]
A gas chamber 14 for housing each piezoelectric element 13 stacked inside the coil spring 4 is provided.
[0057]
The gas chamber 14 is defined by a pair of actuator guides 7, 10 and the like. Nitrogen gas is sealed in the gas chamber 14.
[0058]
The upper actuator guide 7 is formed in a bottomed cylindrical shape, and has a disk-shaped bottom portion 21 on which the upper end plate 2 is seated, and a guide portion 22 that extends from the bottom portion 21 in a cylindrical shape. A screw portion 9 is carved on the outer periphery of the guide portion 22, and the annular upper spring case 6 is screwed into the screw portion 9.
[0059]
The lower actuator guide 10 is formed in a cylindrical shape, and its lower end is coupled to the lower end plate 3 by welding.
[0060]
The lower actuator guide 10 is fitted to the outside of the cylindrical portion 22 of the upper actuator guide 7, and an O-ring 17 is interposed therebetween.
[0061]
The operation will be described next.
[0062]
Also in this case, the gas chamber 14 is filled with nitrogen gas, so that dew condensation due to a temperature change of the piezo actuator 1 can be prevented from occurring in each piezo element 13.
[0063]
As each piezo element 13 expands and contracts, the actuator guides 7 and 10 slide, and the gas chamber 14 is secured through an O-ring 17 interposed therebetween.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a piezoelectric actuator showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a piezo actuator showing another embodiment.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a piezo actuator showing still another embodiment.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a piezo actuator showing a conventional example.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Piezo actuator 2 End plate 3 End plate 4 Coil spring 5 Spring case 6 Spring case 7 Actuator guide 8 Ball 9 Screw part 10 Actuator guide 13 Piezo element 14 Gas chamber 15 Bellows 16 O ring 17 O ring 21 Bottom part 22 Guide part 24 Recessed part

Claims (4)

印加される電圧により伸長する複数の積層されたピエゾ素子と、
前記積層されたピエゾ素子の両端に接合する一対の端板と、
前記積層されたピエゾ素子の外周を包むように配置され、前記各端板を介してピエゾ素子を圧縮方向に与圧するコイルバネと、
前記コイルバネの一方の端部に連結される環状のバネケースと、
前記バネケースが螺合する筒状のガイド部と前記コイルバネの軸方向の荷重を前記一方の端板に作用させる底部とを有するアクチュエータガイドと、
前記アクチュエータガイドの底部と前記端板のいずか一方に形成された凹部と、
前記凹部に収装され、前記コイルバネの荷重を前記バネケースを介して前記端板に作用させるとともに、前記アクチュエータガイドを回転させたときに前記ピエゾ素子に回転方向の捩り荷重が発生することを防止するボールと、
を備えたことを特徴とするピエゾアクチュエータ。
A plurality of stacked piezo elements stretched by an applied voltage;
A pair of end plates joined to both ends of the laminated piezo elements;
A coil spring which is arranged so as to wrap around the outer periphery of the stacked piezo elements and pressurizes the piezo elements in the compression direction via the end plates;
An annular spring case connected to one end of the coil spring;
An actuator guide having a cylindrical guide portion into which the spring case is screwed and a bottom portion that applies an axial load of the coil spring to the one end plate;
A recess formed in one of the bottom of the actuator guide and the end plate;
The coil spring is housed in the concave portion and applies a load of the coil spring to the end plate via the spring case, and prevents a torsional load in the rotation direction from being generated in the piezoelectric element when the actuator guide is rotated. With the ball,
A piezo actuator characterized by comprising:
前記コイルバネの内側に積層された各ピエゾ素子が収装されるガス室を備えたA gas chamber is provided in which each piezoelectric element stacked inside the coil spring is accommodated.
ことを特徴とする請求項1に記載のピエゾアクチュエータ。The piezo actuator according to claim 1.
前記ガス室を区画形成する筒状をしたベローズを備えたA cylindrical bellows that partitions the gas chamber is provided.
ことを特徴とする請求項2に記載のピエゾアクチュエータ。The piezo actuator according to claim 2.
前記ガス室を区画形成し、前記アクチュエータガイドに摺動可能に嵌合させた有底円筒部材と、A bottomed cylindrical member that divides the gas chamber and is slidably fitted to the actuator guide;
前記アクチュエータガイドと前記有底円筒部材との嵌合部に介装した前記ガス室を密封するOリングと、  An O-ring for sealing the gas chamber interposed in a fitting portion between the actuator guide and the bottomed cylindrical member;
を備えたことを特徴とする請求項2に記載のピエゾアクチュエータ。The piezo actuator according to claim 2, further comprising:
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JP4898551B2 (en) * 2006-07-27 2012-03-14 エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社 Piezoelectric actuator and scanning probe microscope using the same
DE102007053303A1 (en) * 2007-11-08 2009-05-14 Robert Bosch Gmbh Piezo actuator and piezo actuator module with a protective layer system
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