JP4415337B2

JP4415337B2 - Piezoelectric actuator

Info

Publication number: JP4415337B2
Application number: JP13463099A
Authority: JP
Inventors: 清加藤; 勉亀山; 心祐平山; 純一鈴鹿; 隆行櫻井
Original assignee: Honda Motor Co Ltd; NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd; NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 1999-04-06
Filing date: 1999-04-06
Publication date: 2010-02-17
Anticipated expiration: 2019-04-06
Also published as: JP2000292431A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、圧電素子が取り付けられた振動板をケース内に設けるようにした圧電型アクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、この種の圧電型アクチュエータは、センサ本体に角速度が作用したときのガス通路におけるガス流の偏向状態を、そのガス通路に左，右一対に設けられた感熱抵抗素子の抵抗の変化として電気的に検出してそのときの角速度の大きさおよび向きを求めるようにした、センサ本体がマイクロマシニング加工によって形成された超小型のガス式角速度センサにあって、ガス通路内に一定したガス流を供給するためのポンプとして用いられている。
【０００３】
しかして、このような用途の圧電型アクチュエータにあっては、その動作特性が安定するべく、非常な加工精度が要求されるものになっている。
【０００４】
従来の圧電型アクチュエータは、図３に示すように、圧電素子１が取り付けられた振動板２の周縁を上ケース１６と下ケース１７との間に挟持させ、かつそのケース間にガス室１８が形成されるように、上ケース１６と下ケース１７とをかしめや溶接またはネジ止めなどによって結合させるようにしている。図中、１８はガスの吸入口、１９はガスの吐出口である。
【０００５】
このような構成による圧電型アクチュエータでは、上ケース１６と下ケース１７の結合の状態によって振動板２の振動特性が微妙に変化してしまうので、各ケース１６，１７を金属によって精密加工するようにしているが、加工性が悪くなっている。
【０００６】
加工性を良くするために上ケース１６と下ケース１７とを合成樹脂によって成形したものでは、振動板２を挟持する面の加工精度が悪くなって特性がばらついてしまうとともに、振動板２の振動による挟持面の摩耗によって特性が変化してしまう。また、その樹脂の熱膨張係数が振動板２の材質とはかけ離れたものとなって、温度によって振動板２の挟持状態が変わって特性が変化してしまうという問題がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
解決しようとする問題点は、圧電素子が取り付けられた振動板の周縁を挟持する上ケースと下ケースとを特性のばらつきがないように金属によって精密加工するのでは加工性が悪くなり、加工性を良くするために合成樹脂によって上ケースと下ケースとを成形するのでは、振動板の挟持面の加工精度が悪かったり摩耗したりなどして特性が変化してしまうことである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明による圧電型アクチュエータは、圧電素子が取り付けられた振動板をケース内に設置するに際して、振動特性が安定したものを加工性良く容易に製造することができるようにするべく、圧電素子が取り付けられた振動板の周縁を、その振動板が振動可能なように上面の周縁に突出する担持部分に担持する金属製のロアプレートを用いて、そのロアプレートを内部底面にロアプレートの受部が形成された金属製の保持用リング状部材内に入れて、そのリング状部材の上端をかしめることによって前記振動板をその周縁で前記ロアプレートと前記リング状部材との間に挟持したユニットを形成し、そのユニットの前記リング状部材のかしめられた部分の上に、ガスの吸入口および吐出口が設けられた合成樹脂製のアッパーケースを接着して、アッパーケースと振動板との間にガス室が形成されるように構成している。
【０００９】
また、本発明では、圧電素子が取り付けられた振動板の周縁を、その振動板が振動可能なように内部の底面の周縁に突出する担持部分に担持する金属製のロアケースを用いて、そのロアケース内に担持された振動板の周縁上に金属製のインナーリングをのせて、そのインナーリングを介してロアケースの上端をかしめることによって振動板をその周縁でロアケース内に挟持するユニットを形成し、そのユニットの前記ロアケースのかしめられた部分の上に、ガスの吸入口および吐出口が設けられた合成樹脂製のアッパーケースを接着して、アッパーケースと振動板との間にガス室が形成されるように構成している。
【００１０】
【実施例】
本発明による圧電型アクチュエータにあっては、図１に示すように、圧電素子１が貼り付けられた振動板２と、その振動板２を振動可能なようにその周縁を担持する金属製のロアプレート３と、振動板２の周縁をロアプレート３の担持部分にかしめ付ける金属製からなる保持用のリング４と、ガスの吸入口７および吐出口８が設けられた合成樹脂製のアッパーケース６とからなっている。また、そのアッパーケース６には、圧電素子１のプラス側のリード１０の外部引出し口１１が形成されている。
【００１１】
そして、その圧電型アクチュエータは、予め振動板２およびロアプレート３を保持用のリング４内に入れて、そのリング４の上端をかしめることによって振動板２の周縁をロアプレート３の担持部分に保持させることによって一体化したユニット５上にアッパーケース６を接着して、振動板２との間にガス室９が形成されるように構成される。
【００１２】
また、保持用のリング４（またはロアプレート３）がアース体として利用されて、それにマイナス側のリード端子１２が取り付けられている。
【００１３】
しかして、本発明によれば、予め振動板２を振動可能なように保持したユニット５を形成したうえで、そのユニット５上にアッパーケース６を接着するようにしているので、振動特性が安定したものを加工性良く容易に製造することができるようになる。そして、事前に振動特性の一定したユニット５を製造することができ、特性の揃った圧電型アクチュエータを容易に得ることができるようになる。
【００１４】
そして、ガス室９を形成するためのアッパーケース６を合成樹脂製のものとしても、熱膨張係数の違いにより振動板２の保持状態が変わって特性が変化したり、保持面の摩耗によって特性が変化したりするようなことなく、振動板２を最適な状態で設置することができるようになる。
【００１５】
また、外部に露出した保持用のリング４またはロアプレート３からマイナス側のリードの引出しを自在に行わせることができるようになる。
【００１６】
さらに、ユニット５を樹脂ケースによって覆うことなくむき出しにしたうえで、その上にアッパーケース６を重ねる構造にしているので、小形軽量化を有効に図ることができる。
【００１７】
なお、振動板２の周縁をロアプレート３の担持部分に保持させる部材としてかしめ付け用の部材（リング４）以外に、ネジ締め用の部材を用いることも可能である。
【００１８】
また、ロアプレート３と保持用のリング４とを一体的に成形するようにしてもよいことはいうまでもない。
【００１９】
図２は、本発明による圧電型アクチュエータの他の実施例を示している。
【００２０】
ここでは、金属製のロアケース１３内に圧電素子１が貼り付けられた振動板２が振動可能なようにその周縁を担持させ、金属製のインナーリング１４を介してロアケース１３の上端をかしめることによって、振動板２をその周縁でロアケース１３内に保持させたユニット１５を形成するようにしている。そして、そのユニット１５上に、ガスの吸入口７および吐出口８が設けられた合成樹脂製のアッパーケース６を接着して、アッパーケース６と振動板２との間にガス室９が形成されるようにしている。
【００２１】
このように構成された圧電型アクチュエータにあっても、前述と同様の作用効果を発揮できるものとなっている。
【００２２】
なお、図１または図２の構成にあって、ユニット５または１５とアッパーケース６との間に、両者の取り付けの位置決めを確実に行わせるためのマークまたはノッチなどの位置合せ手段を設けるようにしてもよい。
【００２３】
【効果】
以上、本発明による圧電型アクチュエータにあっては、圧電素子が取り付けられた振動板の周縁を、その振動板が振動可能なように上面の周縁に突出する担持部分に担持する金属製のロアプレートを用いて、そのロアプレートを内部底面にロアプレートの受部が形成された金属製の保持用リング状部材内に入れて、そのリング状部材の上端をかしめることによって前記振動板をその周縁で前記ロアプレートと前記リング状部材との間に挟持したユニットを形成し、そのユニットの前記リング状部材のかしめられた部分の上に、ガスの吸入口および吐出口が設けられた合成樹脂製のアッパーケースを接着して、アッパーケースと振動板との間にガス室が形成されるようにし、または、圧電素子が取り付けられた振動板の周縁を、その振動板が振動可能なように内部の底面の周縁に突出する担持部分に担持する金属製のロアケースを用いて、そのロアケース内に担持された振動板の周縁上に金属製のインナーリングをのせて、そのインナーリングを介してロアケースの上端をかしめることによって振動板をその周縁でロアケース内に挟持するユニットを形成し、そのユニットの前記ロアケースのかしめられた部分の上に、ガスの吸入口および吐出口が設けられた合成樹脂製のアッパーケースを接着して、アッパーケースと振動板との間にガス室が形成されるようにしたもので、振動特性が安定したものを加工性良く容易に製造することができるという利点を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による圧電型アクチュエータの一実施例を示す正断面図である。
【図２】本発明による圧電型アクチュエータの他の実施例を示す正断面図である。
【図３】従来の圧電型アクチュエータを示す正断面図である。
【符号の説明】
１圧電素子
２振動板
３ロアプレート
４保持用リング
５ユニット
６アッパーケース
９ガス室
１３ロアケース
１４インナーリング
１５ユニット[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a piezoelectric actuator in which a diaphragm to which a piezoelectric element is attached is provided in a case.
[0002]
[Prior art]
In general, this type of piezoelectric actuator is configured to change the gas flow deflection state in the gas passage when an angular velocity is applied to the sensor body as a change in resistance of a thermal resistance element provided in a left and right pair in the gas passage. The sensor body is an ultra-compact gas type angular velocity sensor formed by micromachining that detects the magnitude and direction of the angular velocity at that time, and a constant gas flow in the gas passage. Used as a pump to supply.
[0003]
Therefore, in the piezoelectric actuator for such use, extremely high processing accuracy is required in order to stabilize the operation characteristics.
[0004]
As shown in FIG. 3, the conventional piezoelectric actuator has the periphery of the diaphragm 2 to which the piezoelectric element 1 is attached sandwiched between an upper case 16 and a lower case 17, and a gas chamber 18 is provided between the cases. As formed, the upper case 16 and the lower case 17 are joined by caulking, welding, or screwing. In the figure, 18 is a gas inlet, and 19 is a gas outlet.
[0005]
In the piezoelectric actuator having such a configuration, the vibration characteristics of the diaphragm 2 slightly change depending on the coupling state of the upper case 16 and the lower case 17, so that the cases 16 and 17 are precisely machined with metal. However, workability is getting worse.
[0006]
In the case where the upper case 16 and the lower case 17 are molded of synthetic resin in order to improve the workability, the processing accuracy of the surface sandwiching the diaphragm 2 is deteriorated and the characteristics vary, and the vibration of the diaphragm 2 is increased. The characteristics change due to wear of the clamping surface due to. In addition, the thermal expansion coefficient of the resin is far from the material of the diaphragm 2, and there is a problem that the sandwiched state of the diaphragm 2 changes depending on the temperature and the characteristics change.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
The problem to be solved is that if the upper case and the lower case sandwiching the periphery of the diaphragm to which the piezoelectric element is attached are precisely machined with metal so that there is no variation in characteristics, the workability will deteriorate and the workability will deteriorate. If the upper case and the lower case are formed of synthetic resin in order to improve the quality, the processing accuracy of the clamping surface of the diaphragm is poor or the characteristics change due to wear.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The piezoelectric actuator according to the present invention is provided with a piezoelectric element attached so that a diaphragm having a stable vibration characteristic can be easily manufactured with good workability when a diaphragm with a piezoelectric element attached is installed in a case. The lower plate is mounted on the inner bottom surface of the lower plate by using a metal lower plate that supports the peripheral edge of the vibration plate on a supporting portion that protrudes to the peripheral edge of the upper surface so that the vibration plate can vibrate. A unit in which the diaphragm is sandwiched between the lower plate and the ring-shaped member at the periphery thereof by being put into the formed metal holding ring-shaped member and caulking the upper end of the ring-shaped member. formed on top of the ring-shaped member of crimped portion of the unit, by bonding the upper case made of a synthetic resin inlet and outlet of gas is provided It is configured so that the gas chamber is formed between the upper case and the diaphragm.
[0009]
Further, in the present invention, the lower case is made of a metal lower case that supports the periphery of the diaphragm to which the piezoelectric element is attached on a supporting portion that protrudes to the periphery of the inner bottom surface so that the diaphragm can vibrate. A unit that sandwiches the diaphragm in the lower case at the periphery by placing a metal inner ring on the periphery of the diaphragm carried inside and caulking the upper end of the lower case via the inner ring, A synthetic resin upper case provided with a gas inlet and outlet is bonded onto the caulked portion of the lower case of the unit to form a gas chamber between the upper case and the diaphragm. It is constituted so that.
[0010]
【Example】
In the piezoelectric actuator according to the present invention, as shown in FIG. 1, a diaphragm 2 to which a piezoelectric element 1 is attached, and a metal lower supporting the periphery of the diaphragm 2 so that the diaphragm 2 can vibrate. An upper case 6 made of a synthetic resin provided with a plate 3, a holding ring 4 made of metal for caulking the periphery of the diaphragm 2 to a supporting portion of the lower plate 3, and a gas suction port 7 and a discharge port 8. It is made up of. Further, the upper case 6 is formed with an external lead-out port 11 of the lead 10 on the plus side of the piezoelectric element 1.
[0011]
In the piezoelectric actuator, the diaphragm 2 and the lower plate 3 are placed in the holding ring 4 in advance, and the upper end of the ring 4 is caulked so that the periphery of the diaphragm 2 becomes the supporting portion of the lower plate 3. The upper case 6 is bonded on the unit 5 integrated by holding, and the gas chamber 9 is formed between the diaphragm 2 and the unit 5.
[0012]
The holding ring 4 (or the lower plate 3) is used as a grounding body, and a negative lead terminal 12 is attached thereto.
[0013]
Thus, according to the present invention, since the unit 5 that holds the diaphragm 2 so that it can vibrate in advance is formed, the upper case 6 is bonded to the unit 5, so that the vibration characteristics are stable. Can be easily manufactured with good workability. Then, the unit 5 having a constant vibration characteristic can be manufactured in advance, and a piezoelectric actuator with uniform characteristics can be easily obtained.
[0014]
Even if the upper case 6 for forming the gas chamber 9 is made of synthetic resin, the holding state of the diaphragm 2 changes due to the difference in thermal expansion coefficient, and the characteristics change due to wear of the holding surface. The diaphragm 2 can be installed in an optimal state without changing.
[0015]
Further, the lead on the negative side can be freely pulled out from the holding ring 4 or the lower plate 3 exposed to the outside.
[0016]
Further, since the unit 5 is exposed without being covered with the resin case, and the upper case 6 is overlaid on the unit 5, the reduction in size and weight can be effectively achieved.
[0017]
In addition to the caulking member (ring 4), it is also possible to use a screw tightening member as a member for holding the periphery of the diaphragm 2 on the carrying portion of the lower plate 3.
[0018]
Needless to say, the lower plate 3 and the holding ring 4 may be integrally formed.
[0019]
FIG. 2 shows another embodiment of the piezoelectric actuator according to the present invention.
[0020]
Here, the periphery of the diaphragm 2 with the piezoelectric element 1 attached in the metal lower case 13 is supported so that it can vibrate, and the upper end of the lower case 13 is caulked through the metal inner ring 14. Thus, the unit 15 is formed in which the diaphragm 2 is held in the lower case 13 at the periphery thereof. Then, a synthetic resin upper case 6 provided with a gas suction port 7 and a discharge port 8 is bonded onto the unit 15 to form a gas chamber 9 between the upper case 6 and the diaphragm 2. I try to do it.
[0021]
Even in the piezoelectric actuator configured as described above, the same operational effects as described above can be exhibited.
[0022]
In the configuration of FIG. 1 or FIG. 2, an alignment means such as a mark or notch is provided between the unit 5 or 15 and the upper case 6 to ensure the positioning of the attachment of both. May be.
[0023]
【effect】
As described above, in the piezoelectric actuator according to the present invention, the lower plate made of metal that supports the peripheral edge of the vibration plate to which the piezoelectric element is attached on the support portion that protrudes to the peripheral edge of the upper surface so that the vibration plate can vibrate. The lower plate is inserted into a metal holding ring-shaped member having a lower plate receiving portion formed on the inner bottom surface thereof, and the upper end of the ring-shaped member is caulked so that the diaphragm is A unit sandwiched between the lower plate and the ring-shaped member, and a synthetic resin in which a gas suction port and a discharge port are provided on the crimped portion of the ring-shaped member of the unit . by bonding of the upper case, so the gas chamber is formed between the upper case and the diaphragm, or the peripheral edge of the diaphragm by the piezoelectric element is attached, the diaphragm is vibrating Using a metal lower case carried on the carrying part that protrudes to the periphery of the inner bottom surface as possible, a metal inner ring is placed on the periphery of the diaphragm carried in the lower case, and the inner ring A unit is formed in which the upper end of the lower case is caulked through a peripheral portion to sandwich the diaphragm in the lower case, and a gas suction port and a discharge port are provided on the caulked portion of the lower case of the unit. A gas chamber is formed between the upper case and the diaphragm by adhering the upper case made of synthetic resin, making it possible to easily manufacture a stable vibration characteristic with good workability It has the advantage of being able to.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front sectional view showing an embodiment of a piezoelectric actuator according to the present invention.
FIG. 2 is a front sectional view showing another embodiment of the piezoelectric actuator according to the present invention.
FIG. 3 is a front sectional view showing a conventional piezoelectric actuator.
[Explanation of symbols]
1 Piezoelectric element 2 Diaphragm 3 Lower plate 4 Holding ring 5 Unit 6 Upper case 9 Gas chamber 13 Lower case 14 Inner ring 15 Unit

Claims

Using a metal lower plate that carries the periphery of the diaphragm to which the piezoelectric element is attached on a support portion that protrudes to the periphery of the upper surface so that the diaphragm can vibrate, the lower plate is placed on the inner bottom surface. The diaphragm is placed between the lower plate and the ring-shaped member at the periphery by caulking the upper end of the ring-shaped member. A sandwiched unit is formed, and a synthetic resin upper case provided with a gas suction port and a discharge port is bonded onto the crimped portion of the ring-shaped member of the unit, and the upper case and the diaphragm A piezoelectric actuator configured such that a gas chamber is formed therebetween.

2. The piezoelectric actuator according to claim 1, wherein the lower plate is an earth body.

Vibrations carried in the lower case using a metal lower case that carries the periphery of the diaphragm to which the piezoelectric element is attached on a supporting part that protrudes to the periphery of the inner bottom surface so that the diaphragm can vibrate A metal inner ring is placed on the peripheral edge of the plate, and the upper end of the lower case is crimped through the inner ring to form a unit that sandwiches the diaphragm in the lower case at the peripheral edge of the lower case. A synthetic resin upper case provided with a gas suction port and a gas discharge port is bonded onto the caulked part, and a piezoelectric device is formed so that a gas chamber is formed between the upper case and the diaphragm. Type actuator.

4. The piezoelectric actuator according to claim 3, wherein the lower case is an earth body.