JPH06216424A - 変形アクチュエータ - Google Patents

変形アクチュエータ

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JPH06216424A
JPH06216424A JP50A JP2477493A JPH06216424A JP H06216424 A JPH06216424 A JP H06216424A JP 50 A JP50 A JP 50A JP 2477493 A JP2477493 A JP 2477493A JP H06216424 A JPH06216424 A JP H06216424A
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JP
Japan
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coil spring
piezoelectric element
round bar
hollow round
displacement
Prior art date
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Pending
Application number
JP50A
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English (en)
Inventor
Takeshi Takahashi
剛 高橋
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
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Publication of JPH06216424A publication Critical patent/JPH06216424A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/20Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators

Landscapes

  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型で、部品点数が少なく、しかも、大きな
変位を得る。 【構成】 圧電アクチュエータ1は、中空のコイルばね
3を備えており、コイルばね3の表面に帯状の圧電素子
5が巻回されている。帯状の圧電素子5は、PZTを材
料としており、コイルばね3を構成する中空丸棒の全長
に渡って、その表面に螺旋状に巻回されている。帯状の
圧電素子5の両端に電場がかけられると、圧電素子5が
その長手方向に変形し、コイルばね3の断面にねじりモ
ーメントTが生じ、この結果、コイルばね3はその軸方
向に変位δを生じる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、電気、磁気等の力を
受けて変形する変形アクチュエータに関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、結晶体に電場をかけると歪が生
じることはよく知られており、この現象(二次圧電効
果)を生ずる圧電素子は様々なアクチュエータとして利
用されている。ところで、圧電素子は微少な歪量(変
位)しか得られないことから、アクチュエータとして利
用するには、何等かの変位拡大の機構を備える必要があ
る。従来、こうした変位拡大機構としては、特開平4−
25640号公報に示すように、てこの原理を応用した
機械式拡大機構のものと、パスカルの原理を応用した液
体式拡大機構のものとが知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の機械式拡大機構を備えたアクチュエータ、および液
体式拡大機構を備えたアクチュエータ共、圧電素子とは
別体で変位拡大機構を構成することから、その変位拡大
機構のスペースが必要となり、アクチュエータが大型化
する問題があった。また、変位拡大機構の分だけ部品点
数が増大する問題もあった。
【0004】さらに、両アクチュエータ共、応答性およ
びエネルギ損失等を考慮すると、設計上、それ程大きい
拡大率を得ることができないといった問題があった。例
えば、液体式拡大機構を備えたアクチュエータの場合、
液体室を構成する圧電素子側のピストンと出力側のピス
トンとの面積比が拡大率となるが、この面積比は、応答
性および流体損失等を考慮すると、無限に拡大率を稼ぐ
方向に設計することができず、その拡大率はせいぜい1
0倍程度であった。
【0005】本発明は、こうした問題点に鑑みてなされ
たものであって、小型で、部品点数が少なく、しかも、
大きな変位を得ることができる変形アクチュエータを提
供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
べく、前記課題を解決するための手段として、以下に示
す構成をとった。
【0007】即ち、本発明の変形アクチュエータは、外
部から電気、磁気等の力を受けて変形を生じる歪素子を
備えた変形アクチュエータであって、前記歪素子を帯状
とした上で螺旋状に巻回して歪素子棒を形成し、該歪素
子棒をコイル形に巻回してなることを、その要旨として
いる。この構成の変形アクチュエータにおいて、歪素子
を電歪素子から構成してもよい。
【0008】
【作用】以上のように構成された本発明の変形アクチュ
エータでは、歪素子に電気、磁気等の力を与えると、歪
素子が変形する。歪素子棒には歪素子が螺旋状に巻回さ
れていることから、その歪素子の変形を受けて歪素子棒
にねじりモーメントが生じる。さらに、歪素子棒はコイ
ル形に巻回されていることから、そのねじりモーメント
を受けてコイルの軸方向に変位を生じる。即ち、歪素子
に電気、磁気等の力を与えると、そのコイルの軸方向に
変位を生じる。
【0009】
【実施例】以上説明した本発明の構成・作用を一層明ら
かにするために、以下本発明の好適な実施例について説
明する。図1は、本発明の一実施例としての圧電アクチ
ュエータの正面図である。
【0010】図1に示すように、圧電アクチュエータ1
は、中空のコイルばね3を備えており、コイルばね3の
表面に帯状の圧電素子5が巻回されている。帯状の圧電
素子5は、PZT(ジルコンチタン酸鉛)を材料として
おり、コイルばね3を構成する中空丸棒の全長に渡っ
て、その表面に螺旋状に巻回されている。詳しくは、圧
電素子5は、その中空丸棒の軸方向に対して45度の傾
きをもって所定の間隙を明けつつ螺旋状に巻かれてい
る。圧電素子5はその巻かれた状態でコイルばね3の表
面に接着剤で固着されており、さらに、その巻回されて
生じた間隙には絶縁材7が塗布されている。
【0011】なお、図2に、コイルばね3を構成する中
空丸棒の断面図を示したが、同図からも中空丸棒の表面
に圧電素子5が巻回されていることがわかる。
【0012】さらに、図1に示すように、帯状の圧電素
子5の一端5aには、プラス(+)の電極が、圧電素子
5の他端5bには、マイナス(−)の電極がそれぞれ接
続されており、両電極から圧電素子5に電場がかけられ
る。こうして圧電素子5に電場がかけられたときの圧電
アクチュエータ1の作用を次に説明する。
【0013】帯状の圧電素子5に電場がかけられると、
圧電素子5がその長手方向に変形する。コイルばね3の
中空丸棒には圧電素子5が螺旋状に巻回されていること
から、その圧電素子5の変形を受けて中空丸棒にはその
巻き方向(中空丸棒の軸方向に対して45度の角度)に
力が働く。この結果、コイルばね3の断面にはねじりモ
ーメントTが生じ、中空丸棒はコイル形に巻回されてい
ることから、そのねじりモーメントTを受けてコイルば
ね3はその軸方向に変位δを生じる。
【0014】このコイルばね3の変位δは、次のように
して求められる。図3に示すコイルばね3の断面につい
て調べると、ねじれ角dθは次式にて示される。
【数1】 ただし、G:横弾性係数、Ip :軸心に対する断面二次
極モーメント
【0015】ここで、コイルばね3が中空丸棒であるこ
とからIp は次式にて示される。
【数2】 ただし、d1 :コイルばね3を構成する中空丸棒の外
径、d2 :その内径
【0016】一方、ばね1巻についての変位量dδは次
式にて示される。
【数3】 ただし、R:平均有効半径
【0017】数3に数1及び数2を代入して、ばね1巻
についての変位量dδを求める。
【数4】
【0018】また、ばね1巻についての長さL=2πR
であることから、ばね1巻についての変位量dδを求め
る。
【数5】
【0019】したがって、コイルばね3の巻数はnであ
るから、コイルばね3の全変位δは次式にて示される。
【数6】 即ち、コイルばね3は、その断面にねじりモーメントT
を加えると、その軸方向に上記数式6で示される変位δ
が生じることがわかる。
【0020】以上詳述してきた圧電アクチュエータ1
は、圧電素子5そのもので変位拡大機構を構成すること
から、従来例のような変位拡大機構を特別に設ける必要
もない。このため、アクチュエータ自身を小型化するこ
とができ、また、部品点数を削減することができる。さ
らに、圧電アクチュエータ1は、従来例に比べてはるか
に大きな変位を得ることができるが、どれ程大きな変位
を得ることができるかを例を挙げて次に説明する。
【0021】本実施例の圧電アクチュエータ1では、コ
イルばね3の巻き数nが5で、有効半径Rおよびコイル
ばね3を構成する中空丸棒の外径d1 が、それぞれ20
[mm]、10[mm]であり、さらに、圧電素子5の
コイルばね3への巻き幅が20[mm]とすると、変位
δは以下のようにして求めることができる。
【0022】コイルばね3の1巻当たりの圧電素子5の
巻き数は、その巻き幅が20[mm]であることから、 40π/20=2π=約6.3[巻] となる。
【0023】また、圧電素子5の中空丸棒への1巻当た
りの長さ(長手方向の長さ)は、巻き方向が中空丸棒の
軸方向に対して45度の角度であることから、 2π・d1 /2・√2=2π・10/2・√2 =10π√2=約44[mm] となる。
【0024】圧電素子5の伸び率を0.001とする
と、圧電素子5の中空丸棒への1巻当たりの長さの伸び
は、 44×0.001=0.044[mm] となり、その伸びの際のねじれ角dθは、次のようにな
る。
【数7】
【0025】よって、圧電素子5の1巻当たりで得られ
るコイルばね3の変位は、 sin(0.5)×2×R=0.35[mm] となる。また、コイル1巻当たりの圧電素子5の巻き数
は、約6.3[巻]であることから、コイル1巻当たり
で得られるコイルばね3の変位は、 0.35×6.3=約2.2 となる。
【0026】したがって、コイルばね3の巻き数は5で
あることから、圧電アクチュエータ1全体の変位δは、 約2.2×5=約11[mm] となる。
【0027】これに対して、従来例の場合、液体式拡大
機構を例に挙げると、その拡大率はせいぜい10倍程度
であることから、圧電素子5の変位が例えば、50[μ
m]とすると、せいぜい500[μm](=0.5[m
m])の変位が得られるに過ぎない。従って、圧電アク
チュエータ1は、従来例に比べて20倍余りも大きな変
位を得ることができる。
【0028】なお、こうした構成の圧電アクチュエータ
1は、例えば、自動車用エンジンのマウントに用いるこ
とができ、防震装置としての役目を果たす。また、自動
車用サスペンションのショックアブソーバとしても用い
ることができ、アクティブな制御を行なうことができ
る。
【0029】前記実施例では、帯状の圧電素子5は、コ
イルばね3を構成する中空丸棒を芯にして巻回されてい
るが、これに換えて、図4に示すように、中空丸棒をな
くして帯状の圧電素子5そのもので中空丸棒、即ちコイ
ルばね3を構成するように構成してもよい。この構成に
より、前記実施例と同様な効果を奏することができる。
特に、圧電素子5を巻回する芯が不要となったことで、
部品点数をより削減することができる。
【0030】また、前記実施例においては、コイルばね
3を中空丸棒としたが、これに替えて、中実丸棒として
もよく、前記実施例と同一の効果を奏することができ
る。さらに、コイルばね3の断面を円形に替えて、楕円
形または多角形として、これらコイルばねに圧電素子5
を巻回する構成としてもよい。
【0031】前記実施例では、圧電素子5のコイルばね
3への巻回角度を、コイルばね3を構成する中空丸棒の
軸方向に対して45度の角度としていたが、必ずしも、
この角度に限るものではない。45度といった角度は、
コイルばね3の断面に最も効率的にねじりモーメントT
が発生する角度であるが、ねじりモーメントが発生する
角度であれば、40度、35度等の角度であってもよ
い。
【0032】さらに、前記実施例では、歪素子として圧
電素子を用いていたが、これに替えて、磁場を受けて変
形する磁歪素子を用いる構成としてもよく、同様に、小
型化、部品点数の削減、変位の拡大を図ることができ
る。
【0033】以上、本発明の実施例を詳述してきたが、
本発明は、こうした実施例に何等限定されるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態
様にて実施することができるのは勿論のことである。
【0034】
【発明の効果】以上説明したように本発明の変形アクチ
ュエータは、歪素子そのもので変位拡大機構を構成する
ことから、従来例のような変位拡大機構を特別に設ける
必要がない。このために、アクチュエータ自身を小型化
することができ、また、部品点数を削減することができ
る。さらに、従来例に比べて大きな変位を得ることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例としての圧電アクチュエータ
の正面図である。
【図2】コイルばね3を構成する中空丸棒の断面図であ
る。
【図3】コイルばね3の変位δの算出に用いる説明図で
ある。
【図4】本発明の他の実施例を示すコイルばねの断面図
である。
【符号の説明】
1…圧電アクチュエータ 3…コイルばね 5…圧電素子 5a…一端 5b…他端 7…絶縁材 R…有効半径 T…ねじりモーメント dδ…変位量 dθ…ねじれ角 δ…変位

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 外部から電気、磁気等の力を受けて変形
    を生じる歪素子を備えた変形アクチュエータであって、 前記歪素子を帯状とした上で螺旋状に巻回して歪素子棒
    を形成し、 該歪素子棒をコイル形に巻回してなる変形アクチュエー
    タ。
  2. 【請求項2】 歪素子が電歪素子である請求項1記載の
    変形アクチュエータ。
JP50A 1993-01-19 1993-01-19 変形アクチュエータ Pending JPH06216424A (ja)

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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003518752A (ja) * 1999-12-21 2003-06-10 1...リミテッド 電気活性デバイス
US6713944B2 (en) 2002-01-02 2004-03-30 Omron Corporation Actuator and method of manufacturing a strain element
US7251087B2 (en) 2005-08-08 2007-07-31 Sanyo Electric Co., Ltd. Lens driving apparatus and image pick-up apparatus including the same
JP2007226275A (ja) * 2007-06-14 2007-09-06 Fujifilm Corp レンズ駆動装置
JP2015084623A (ja) * 2013-10-25 2015-04-30 富士通株式会社 巻き線機及び振動発電デバイスの製造方法
JP2018096849A (ja) * 2016-12-13 2018-06-21 三井化学株式会社 検知部材
WO2021215260A1 (ja) * 2020-04-20 2021-10-28 ソニーグループ株式会社 圧電コイル及び電子機器
WO2023007841A1 (ja) * 2021-07-27 2023-02-02 ソニーグループ株式会社 センサ付き圧電コイル及び電子機器
WO2023214477A1 (ja) * 2022-05-02 2023-11-09 ソニーグループ株式会社 デバイス

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63318378A (ja) * 1987-06-17 1988-12-27 Diesel Kiki Co Ltd 圧電型アクチュエ−タ

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63318378A (ja) * 1987-06-17 1988-12-27 Diesel Kiki Co Ltd 圧電型アクチュエ−タ

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003518752A (ja) * 1999-12-21 2003-06-10 1...リミテッド 電気活性デバイス
US6713944B2 (en) 2002-01-02 2004-03-30 Omron Corporation Actuator and method of manufacturing a strain element
US6983521B2 (en) 2002-01-02 2006-01-10 Omron Corporation Method of manufacturing a strain element
US7251087B2 (en) 2005-08-08 2007-07-31 Sanyo Electric Co., Ltd. Lens driving apparatus and image pick-up apparatus including the same
JP2007226275A (ja) * 2007-06-14 2007-09-06 Fujifilm Corp レンズ駆動装置
JP2015084623A (ja) * 2013-10-25 2015-04-30 富士通株式会社 巻き線機及び振動発電デバイスの製造方法
JP2018096849A (ja) * 2016-12-13 2018-06-21 三井化学株式会社 検知部材
WO2021215260A1 (ja) * 2020-04-20 2021-10-28 ソニーグループ株式会社 圧電コイル及び電子機器
WO2023007841A1 (ja) * 2021-07-27 2023-02-02 ソニーグループ株式会社 センサ付き圧電コイル及び電子機器
KR20240036070A (ko) 2021-07-27 2024-03-19 소니그룹주식회사 센서 부착 압전 코일 및 전자 기기
WO2023214477A1 (ja) * 2022-05-02 2023-11-09 ソニーグループ株式会社 デバイス

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