JPH04312239A - アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、圧電素子又は電歪素
子の伸縮作用により変位出力を得るアクチュエータに関
し、特に、小型の装置であっても、十分な変位出力を得
られるようにしたものである。

【０００２】

【従来の技術】圧電素子を利用した従来のアクチュエー
タとしては、例えば、特開昭５９−６５６４０号公報に
開示されたものがある。

【０００３】この従来の技術は、防振吸収装置に関する
発明であって、振動体の振動方向と伸縮方向とが一致す
るように配設された圧電素子を有していて、振動体の振
動に同期して逆相にその圧電素子を伸縮させることによ
り、振動体の振動を防振吸収装置で吸収し、その振動が
支持側に伝達されないようにしていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ここで、通常の圧電素
子で発生できる変位は、その素子長（素子を複数個重ね
合わせたものであれば、全体の長さ）の約０．１％程度
であり、従って、上記従来の技術のように、振動体の変
位を圧電素子の変位で吸収する構成にあっては、その振
動体の変位と同等の変位を圧電素子で発生させる必要が
ある。

【０００５】例えば、４気筒前輪駆動車におけるエンジ
ン振動は、通常のエンジンの回転２次成分で５０〜１０
０μｍ程度であるから、上記従来の技術でこのようなエ
ンジンを支持する場合には、最大変位である１００μｍ
を吸収できるように、１００ｍｍの圧電素子が必要であ
り、エンジンマウント等と併用して使用することを考え
ると、装置が非常に大型になってしまうという欠点があ
る。

【０００６】この発明は、このような従来の技術が有す
る解決すべき課題に着目してなされたものであって、小
型であっても十分な変位出力が得られる圧電素子又は電
歪素子を利用したアクチュエータを提供することを目的
としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のアクチュエータは、相対変位可能な第１及
び第２の部材間に、複数の圧電素子又は電歪素子を、そ
れらの伸縮方向と前記相対変位の方向とが一致し且つ圧
電素子又は電歪素子同士がその伸縮方向にオーバラップ
するように配置するとともに、一の圧電素子又は電歪素
子の前記第１の部材側を向く面と、他の圧電素子又は電
歪素子の前記第２の部材側を向く面とを、変位伝達部材
を介して結合し、そして、前記一の圧電素子又は電歪素
子の前記第２の部材側を向く面と、前記他の圧電素子又
は電歪素子の前記第１の部材側を向く面との間の相対変
位を、前記第１及び第２の部材に伝達する構成とした。

【０００８】

【作用】一の圧電素子（又は電歪素子）及び他の圧電素
子（又は電歪素子）が伸縮すると、これらを結合する変
位伝達部材を介して、一の圧電素子（又は電歪素子）の
第２の部材側を向く面と、他の圧電素子（又は電歪素子
）の第１の部材側を向く面との間の相対変位は、それら
一の圧電素子（又は電歪素子）及び他の圧電素子（又は
電歪素子）の伸縮の総和になる。

【０００９】従って、一の圧電素子（又は電歪素子）の
第２の部材側を向く面と、他の圧電素子（又は電歪素子
）の第１の部材側を向く面との間の相対変位が第１及び
第２の部材に伝達されると、第１及び第２の部材には、
一の圧電素子（又は電歪素子）及び他の圧電素子（又は
電歪素子）を直列に一体とした場合に得られる伸縮と同
等の相対変位が与えられることになる。

【００１０】そして、一の圧電素子（又は電歪素子）及
び他の圧電素子同士（又は電歪素子）が、その伸縮方向
にオーバラップしているので、一の圧電素子（又は電歪
素子）の第２の部材側を向く面と、他の圧電素子（又は
電歪素子）の第１の部材側を向く面との間の伸縮方向距
離は、それらを直列に接続した場合に比べて短くなって
いる。

【００１１】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づいて説
明する。図１は、本発明に係るアクチュエータを適用し
た防振支持装置１の断面図であり、図２は、その防振支
持装置１の配設状態の一例を示す図である。

【００１２】先ず、構成を説明する。この防振支持装置
１は、一方の端面が開口した円筒形状の枠体２と、この
枠体２の開口部側に相対変位可能に嵌め込まれた支持部
材３とを有していて、枠体２が車体側部材４に固定され
、支持部材３がエンジン６側に取り付けられたマウント
ブラケット５に固定されている。

【００１３】支持部材３の枠体２側を向く面には、枠体
２より若干小径の円筒形状の凸部３ａが形成されていて
、枠体２の内周面と、凸部３ａの外周面との間には、弾
性体７が介装されている。

【００１４】一方、枠体２の内端面中央部には、圧電素
子１０が、その伸縮方向と枠体２の軸方向（図１上下方
向）とが一致するように配設されている。ただし、枠体
２と圧電素子１０とは、固着されることなく、面接触す
るのみである。

【００１５】なお、圧電素子１０は、十分な伸縮が得ら
れるように、複数個の素子を積層して構成されている。 また、枠体２及び支持部材３の内側の空間には、枠体２
側が開口した円筒形状の本体１１ａと、その本体１１の
開口側の縁部分に連続して外側に広がったフランジ部１
１ｂと、そのフランジ部１１ｂの縁部分に形成され且つ
支持部材３側に突出した円筒部１１ｃとを備えた変位伝
達部材１１が内在している。

【００１６】そして、圧電素子１０の支持部材３側を向
く面は、変位伝達部材１１の本体１１ａの内端面の中央
部に面接触している。また、圧電素子１０の両端部近傍
の周面と、本体１１ａの内周面との間には、弾性体１２
ａ，１２ｂが介在し、枠体２の内周面と変位伝達部材１
１の円筒部１１ｃの外周面との間には、弾性体１３が介
在している。

【００１７】さらに、支持部材３の枠体２側を向く面と
、変位伝達部材１１のフランジ部１１ｂの支持部材３側
を向く面との間には、圧電素子１５及び１６が、それら
の伸縮方向と枠体２の軸方向（図１上下方向）とが一致
するように配設されている。ただし、それら圧電素子１
５及び１６の両端面は、支持部材３の枠体２側を向く面
並びに変位伝達部材１１のフランジ部１１ｂの支持部材
３側を向く面と、面接触するのみである。

【００１８】なお、これら圧電素子１５及び１６は、圧
電素子１０と同様、十分な伸縮が得られるように、複数
個の素子を積層して構成されている。また、圧電素子１
５の枠体２側端部近傍の周面と、変位伝達部材１１の本
体１１ａ，円筒部１１ｃとの間には、弾性体１７ａが介
在し、圧電素子１６の枠体２側端部近傍の周面と、変位
伝達部材１１の本体１１ａ，円筒部１１ｃとの間には、
弾性体１８ａが介在している。

【００１９】そして、支持部材３の枠体２側を向く面の
うち、圧電素子１５及び１６が面接触する部分並びにそ
の周囲は他の部分より凹んだ凹部３ｂ，３ｃとなってい
て、圧電素子１５及び１６の支持部材３側端部の周面と
、凸部３ａの内周面，凹部３ｂ，３ｃの周面並びに変位
伝達部材１１の本体１１ａの外周面との間には、弾性体
１７ｂ，１８ｂが介在している。

【００２０】一方、マウントブラケット５には、エンジ
ン６の振動によるマウントブラケット５の振動を検出す
る振動センサ２０が取り付けら、この振動センサ２０の
検出値が、クランク角信号とともに、コントローラ２１
に供給されている。そして、コントローラ２１の出力側
と、圧電素子１０，１５及び１６とは、ハーネス２２を
介して接続されていて、これにより、各圧電素子１０，
１５及び１６は、コントローラ２１から供給される制御
電圧によって所定の周波数及び振幅で伸縮することがで
きる。

【００２１】なお、コントローラ２１は、振動センサ２
０の検出値及びクランク角信号に基づいて、マウントブ
ラケット５の振動と逆相且つ同振幅で圧電素子１０，１
５及び１６を伸縮させることにより、マウントブラケッ
ト５の振動を防振支持装置１で吸収して、車体側部材４
への伝達を低減するようにしている。

【００２２】次に、本実施例の作用を説明する。図３は
、エンジン回転数とマウントブラケット５の先端変位と
の関係を示したグラフであり、エンジン振動のうち特に
問題となるエンジン回転の２次周波数成分の振幅は、５
０〜１００μｍ程度の値となる。

【００２３】そして、コントローラ２１は、振動センサ
２０の検出値及びクランク角信号に応じて圧電素子１０
，１５及び１６に電圧を印加するから、それら圧電素子
１０，１５及び１６が適宜伸縮して、マウントブラケッ
ト５に歪みは発生せず、車体側部材４への振動伝達は低
減する。

【００２４】この結果、コントローラ２１による制御を
実行した場合及び実行しなかった場合のそれぞれにおけ
る車室内騒音レベルを示した図４から明らかなように、
車室内でのエンジン振動の固体伝播成分に起因する騒音
は低減される。

【００２５】そして、本実施例の構成では、図１を伴っ
て説明したように、変位を発生する圧電素子１０と、圧
電素子１５，１６とが、それらの伸縮方向にオーバラッ
プして配設されていて、圧電素子１０の支持部材３側を
向く面と、圧電素子１５及び１６の枠体２側を向く面と
が、変位伝達部材１１を介して機械的に結合されている
ので、例えば、それら圧電素子１０，１５，１６のそれ
ぞれの全長が５０ｍｍであって、個々に発生する変位が
５０μｍであっても、変位伝達部材１１を介してそれら
の変位が直列の関係にあるため、結局、枠体２及び支持
部材３間には、１００μｍの変位が発生することになる
。

【００２６】つまり、上述した従来の装置に比べて、約
半分の全長で同じ大きさの振幅を得ることができること
になるから、装置の小型化が図られる。また、本実施例
のようにエンジンの防振支持装置１に本発明を適用した
場合には、走行中に、防振支持装置１は、横方向の荷重
を受けることになるが、本実施例の構成であれば、横方
向の荷重は弾性体７，１２ａ，１２ｂ，１３，１７ａ，
１７ｂ，１８ａ及び１８ｂによって緩衝される。

【００２７】また、これら弾性体７，１２ａ，１２ｂ，
１３，１７ａ，１７ｂ，１８ａ及び１８ｂは、横方向の
力に対してはのみ作用し、防振支持装置１の本来の駆動
方向である上下方向に対しては、剪断方向となるから、
これらが、圧電素子１０，１５及び１６の伸縮を妨げる
ことはない。

【００２８】さらに、これら弾性体７，１２ａ，１２ｂ
，１３，１７ａ，１７ｂ，１８ａ及び１８ｂは、防振支
持装置１のシール材としての機能もはたすので、防振支
持装置１内部への水分や油脂等の浸水を防ぐ。

【００２９】特に、積層された圧電素子１０，１５及び
１６を用いた構成では、それら圧電素子１０，１５及び
１６に電圧を印加するための電極間距離が短く、微小な
水分であっても短絡する恐れがあるので、耐水性の向上
は重要であるが、上述したように本実施例の構成であれ
ば弾性体７，１２ａ，１２ｂ，１３，１７ａ，１７ｂ，
１８ａ及び１８ｂがシール材としても機能するので、耐
水性は高く、短絡等の危険性は極めて小さくなっている
。

【００３０】そして、これまでの説明は、圧電素子の伸
縮は、素子全長の約０．１％であるといる前提で説明し
たが、これは、素子の最大抗電圧を印加した場合であっ
て、最大抗電圧印加時の変位が目標変位に対して十分に
大きい場合には、低い電圧を印加すればよい。

【００３１】例えば、目標変位が５０μｍであり、防振
支持装置１に許容される全長が５０ｍｍであったとすれ
ば、上記従来の装置の構成では、最大抗電圧を印加しな
ければ十分な防振は達成できないのに対し、本実施例で
は、最大抗電圧の約１／２の電圧で十分な防振が達成さ
れることになる。そして、通常の圧電素子では、エンジ
ン振動装置の高周波数で振動した場合、自己発熱による
温度上昇を起こし、その結果、消費電力が増加してしま
うが、本実施例のように、印加電圧が１／２になれば、
消費電力は１／２よりもさらに小さな値になるという利
点もある。

【００３２】ここで、本実施例では、枠体２を第１の部
材、支持部材３を第２の部材とすれば、複数の圧電素子
１０，１５，１６のうち、圧電素子１５，１６が一の圧
電素子に対応し、圧電素子１０が他の圧電素子に対応す
る。

【００３３】図５は、本発明の第２実施例を示す図であ
り、これも、上記第１実施例と同様に、本発明に係るア
クチュエータを、防振支持装置１に適用したものである
。なお、上記第１実施例と同等の部材及び部位には、同
じ符号を付し、その重複する説明は省略する。

【００３４】即ち、本実施例では、圧電素子１０及び１
５を、変位伝達部材１１のみを介して連結するのではな
く、別の変位伝達部材２５を設けるとともに、変位伝達
部材１１の上下方向変位を、圧電素子２６を介して変位
伝達部材２５に伝達するようにし、そして、圧電素子２
６にも、圧電素子１０及び１５と同様にコントローラ２
１からの電圧が印加されるようにしたものである。また
、新たに設けた部材の横方向の隙間には、他の部位と同
様に、弾性体２７，２８，２９及び３０を介在させてい
る。

【００３５】このような構成であれば、伸縮方向にオー
バラップして配設された圧電素子１０，２６，１５が変
位伝達部材１１，２５を介して機械的に結合されている
ので、それら圧電素子１０，２６及び１５を直列に結合
した場合と同様の変位を、枠体２及び支持部材３に与え
ることができるから、結局、上記第１実施例よりもさら
に全長の小さな防振支持装置１で、防振効果が十分に得
られる振幅を発生することができる。

【００３６】ここで、本実施例では、枠体２を第１の部
材、支持部材３を第２の部材とすれば、圧電素子１５を
一の圧電素子とすれば、圧電素子２６が他の圧電素子と
なり、また、圧電素子２６を一の圧電素子とすれば、圧
電素子１０が他の圧電素子となる。

【００３７】なお、変位伝達部材を介して連結する圧電
素子の数は、上記第１又は第２実施例で説明した２段又
は３段に限定されるものではなく、それ以上の数を用い
ることも可能である。

【００３８】また、本発明の適用対象は、上記各実施例
のように、エンジン用の防振支持装置１に限定されるも
のではなく、支持対象が異なった防振支持装置や、或い
は防振支持装置以外の装置であってもよい。

【００３９】さらに、上記実施例では、圧電素子を利用
した場合について説明したが、電歪素子を利用しても、
同様の作用効果が得られるものである。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
伸縮方向にオーバラップして配置された複数の圧電素子
又は電歪素子を、個々の変位が直列に作用するように変
位伝達部材を介して連結する構成としたため、従来に比
べて全長の小さな装置で、十分な変位出力が得られると
いう効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例における防振支持装置の構
成を示す断面図である。

【図２】この実施例の防振支持装置の適用状態の一例を
示す図である。

【図３】エンジン回転数とブラケット先端変位との関係
を示すグラフである。

【図４】エンジン回転数と車室内騒音レベルとの関係を
示すグラフである。

【図５】本発明の第２実施例における防振支持装置の構
成を示す断面図である。

【符号の説明】

１　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
防振支持装置（アクチュエータ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　相対変位可能な第１及び第２の部材間
   に、複数の圧電素子又は電歪素子を、それらの伸縮方向
   と前記相対変位の方向とが一致し且つ圧電素子又は電歪
   素子同士がその伸縮方向にオーバラップするように配置
   するとともに、一の圧電素子又は電歪素子の前記第１の
   部材側を向く面と、他の圧電素子又は電歪素子の前記第
   ２の部材側を向く面とを、変位伝達部材を介して結合し
   、そして、前記一の圧電素子又は電歪素子の前記第２の
   部材側を向く面と、前記他の圧電素子又は電歪素子の前
   記第１の部材側を向く面との間の相対変位を、前記第１
   及び第２の部材に伝達することを特徴とするアクチュエ
   ータ。