JPH10144976A - Piezoelectric actuator - Google Patents

Piezoelectric actuator

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JPH10144976A
JPH10144976A JP8302806A JP30280696A JPH10144976A JP H10144976 A JPH10144976 A JP H10144976A JP 8302806 A JP8302806 A JP 8302806A JP 30280696 A JP30280696 A JP 30280696A JP H10144976 A JPH10144976 A JP H10144976A
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JP
Japan
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piezoelectric
displacement
outer peripheral
planar
amount
Prior art date
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Application number
JP8302806A
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Japanese (ja)
Inventor
Nobuyuki Oya
信之 大矢
Kiyoshi Saeki
清 佐伯
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Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
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Publication date
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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
  • Micromachines (AREA)
  • Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To increase the amount of displacement without reducing a generation force in a piezoelectric actuator. SOLUTION: A plurality of disk-shaped piezoelectric bimorphs 1 are coaxially laminated, and are connected one another at a center part by a center connecting member 2 and at an outer edge part by a plurality of outer-periphery posts 3. Each piezoelectric bimorph 1 is pressed toward the center part at the periphery edge part with a compression force by an outer pipe 4, via the outer- periphery post 3 and is bent in projecting curved surface shape in one direction. When an application voltage is applied so that it projects in the other direction, the direction of buckling is inverted, and then the amount of displacement due to piezoelectric effect is added. Therefore, the amount of displacement due to bucking deformation is added to the amount of displacement due to the piezoelectric effect, thus increasing the amount of displacement by several tens of percentages without reducing a generation force.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロマシン、
マイクロマニピュレータおよび各種精密機械等に使用さ
れる圧電アクチュエータの技術分野に属する。
[0001] The present invention relates to a micromachine,
It belongs to the technical field of piezoelectric actuators used for micromanipulators and various precision machines.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来技術による圧電アクチュエータとし
ては、特開平7−193290号公報に開示されている
積層型圧電アクチュエータがある。同アクチュエータ
は、複数枚が積層されいる圧電ユニモルフが、中央部を
連結している中央連結部材と外縁部を互いに連結してい
る外縁連結部材とにより交互に連結されて、構成されて
いる。
2. Description of the Related Art As a conventional piezoelectric actuator, there is a laminated piezoelectric actuator disclosed in JP-A-7-193290. The actuator is configured such that a plurality of laminated piezoelectric unimorphs are alternately connected by a center connecting member connecting the center portions and an outer edge connecting member connecting the outer edge portions to each other.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】前述の従来技術による
圧電アクチュエータでは、圧電素子である圧電ユニモル
フそのものが圧電効果により発生させる変位が最大変位
であって、静的にはそれ以上に大きい変位を得ることは
できない。ところが一方、マイクロマシンなどの各応用
分野では、より大きい変位をもたらす圧電アクチュエー
タが望まれており、従来技術ではこの要求に応えること
ができない。
In the above-mentioned piezoelectric actuator according to the prior art, the displacement generated by the piezoelectric effect of the piezoelectric unimorph itself, which is a piezoelectric element itself, is the maximum displacement, and a larger displacement is obtained statically. It is not possible. However, in each application field such as a micromachine, a piezoelectric actuator that provides a larger displacement is desired, and the conventional technology cannot meet this demand.

【0004】そこで本発明は、圧電素子が本来有してい
る変位量(ストローク)よりもさらに大きい変位量を発
生させることができる圧電アクチュエータを提供するこ
とを解決すべき課題とする。
Therefore, an object of the present invention is to provide a piezoelectric actuator capable of generating a displacement larger than a displacement (stroke) originally possessed by a piezoelectric element.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】上
記課題を解決するために、発明者らは以下の手段を発明
した。 (第1手段)本発明の第1手段は、請求項1記載の圧電
アクチュエータである。本手段では、圧電素子である平
面変形素子が、挟持部材により周縁部から中央部に向か
って押圧されて挫屈し、曲面を形成している。ここで、
挫屈による平面変形素子の変位量は、平面変形素子の発
生力で挫屈の向きを反転させることができるように、電
圧印加による平面変形素子の本来の変位量よりも小さく
設定されている。
Means for Solving the Problems and Their Functions and Effects In order to solve the above problems, the inventors have invented the following means. (First Means) A first means of the present invention is a piezoelectric actuator according to claim 1. According to this means, the planar deformation element, which is a piezoelectric element, is pressed by the sandwiching member from the peripheral edge toward the center and buckles to form a curved surface. here,
The amount of displacement of the plane deformation element due to buckling is set smaller than the original amount of displacement of the plane deformation element due to voltage application so that the direction of buckling can be reversed by the force generated by the plane deformation element.

【0006】この状態の平面変形素子に、挫屈の方向と
同じ方向に変位する極性で電圧を印加すれば、挫屈によ
る変位量と圧電効果による変位量とが重畳した変位量を
発生することができる。逆に、挫屈の方向と逆の方向に
変位する極性で電圧を印加すれば、挫屈変形が反転して
平面変形素子は反対側に挫屈し、その結果、逆方向にも
挫屈による変位量と圧電効果による変位量とが重畳した
変位量が発生する。それゆえ、本手段の圧電アクチュエ
ータでは、電圧印加時の変位量は、挫屈による変位量が
加わる分だけ平面変形素子が圧電効果によって生じる変
位量よりも大きい。
If a voltage is applied to the planar deformation element in this state with a polarity displaced in the same direction as the buckling direction, a displacement amount resulting from the superposition of the displacement amount due to the buckling and the displacement amount due to the piezoelectric effect is generated. Can be. Conversely, if a voltage is applied with a polarity that displaces in the direction opposite to the direction of buckling, buckling deformation is reversed and the plane deformation element buckles to the opposite side, and as a result, displacement due to buckling also occurs in the opposite direction A displacement amount is generated in which the displacement amount and the displacement amount due to the piezoelectric effect are superimposed. Therefore, in the piezoelectric actuator of the present means, the displacement amount at the time of voltage application is larger than the displacement amount caused by the piezoelectric effect of the plane deformation element by the displacement amount due to buckling.

【0007】したがって、本手段によれば、圧電素子が
本来有している変位量よりもさらに大きい変位量を発生
させることができる圧電アクチュエータを提供すること
ができるという効果がある。なお変位量の増大分は、圧
電効果によって生じる平面変形素子本来の変位量と、最
大でも同等程度までである。 (第2手段)本発明の第2手段は、請求項2記載の圧電
アクチュエータである。
Therefore, according to this means, there is an effect that it is possible to provide a piezoelectric actuator capable of generating a larger displacement than the displacement originally possessed by the piezoelectric element. The amount of increase in the amount of displacement is at most about the same as the original amount of displacement of the planar deformation element caused by the piezoelectric effect. (Second Means) A second means of the present invention is a piezoelectric actuator according to claim 2.

【0008】本手段では、挫屈による平面変形素子の変
形による変位(片側への変位)は、圧縮力が負荷されて
いない状態での平面変形素子の圧電効果による最大変位
(両側への変位)に対して、1/8以上かつ3/8以下
である。これは、挫屈による変位量が圧電効果による変
位量の1/8未満であると、挫屈による変位量の増加分
があまり大きくならず、効果を不十分に挙げることが難
しくなるからである。また、上記1/8未満の場合に
は、平面変形素子の挫屈状態を安定に維持するのが困難
になるという理由にもよる。
According to this means, the displacement due to deformation of the plane deforming element due to buckling (displacement to one side) is the maximum displacement due to the piezoelectric effect of the plane deforming element when no compressive force is applied (displacement to both sides). Is 以上 or more and / or less. This is because, if the amount of displacement due to buckling is less than 1/8 of the amount of displacement due to the piezoelectric effect, the amount of increase in the amount of displacement due to buckling will not be so large, and it will be difficult to achieve an insufficient effect. . Further, if the ratio is less than 1/8, it is difficult to maintain the buckled state of the planar deformation element stably.

【0009】一方、挫屈による変位量が圧電効果による
変位量の3/8を越えて1/2に近づくと、平面変形素
子の挫屈による変形を反転させるのに足りる発生力を圧
電効果によって得ることが難しくなる。すると、平面変
形素子は、一方に挫屈したまま反転しなくなる可能性を
生じ、所期の作用効果が発揮されない。それゆえ、安全
マージンを見込んで、最大値を3/8程度にしておく必
要がある。
On the other hand, when the amount of displacement due to buckling exceeds 8 of the amount of displacement due to the piezoelectric effect and approaches 1 /, the force generated by the piezoelectric effect is sufficient to reverse the deformation of the planar deformation element due to buckling. It becomes difficult to obtain. Then, there is a possibility that the planar deformation element is buckled to one side and does not turn over, and the intended operation and effect are not exhibited. Therefore, the maximum value needs to be set to about 3/8 in consideration of a safety margin.

【0010】したがって本手段によれば、所定の割合以
上の変位量の増大が得られるという効果があり、かつ、
挫屈の向きが反転しなくなるという不都合がないという
効果もある。 (第4手段)本発明の第4手段は、請求項4記載の圧電
アクチュエータである。
Therefore, according to this means, there is an effect that the displacement amount can be increased by a predetermined ratio or more, and
There is also an effect that there is no inconvenience that the direction of buckling does not reverse. (Fourth Means) A fourth means of the present invention is the piezoelectric actuator according to the fourth aspect.

【0011】本手段では、挟持部材が、円盤状の平面変
形素子を外周部で挟持している複数の外周支柱と、内周
面で該外周支柱に外接し、押圧力を持って該外周支柱を
該平面変形素子の外周部との間に挟持している外周パイ
プとから構成されている。挟持部材が以上のように外周
パイプと複数本の外周支柱とから構成されているので、
本手段の圧電アクチュエータは、次のようにして組み立
てられる。
In this means, the holding member includes a plurality of outer pillars that sandwich the disk-shaped planar deforming element at the outer periphery, and an outer peripheral pillar that circumscribes the outer pillar at the inner peripheral surface and has a pressing force. And the outer peripheral pipe sandwiching the outer peripheral pipe between the outer peripheral portion of the planar deforming element. Since the holding member is composed of the outer pipe and the plurality of outer pillars as described above,
The piezoelectric actuator of this means is assembled as follows.

【0012】すなわち、先ず、積層されて配設された円
盤状の平面変形素子の周縁部に、複数の外周支柱を接着
剤等で接合し、各平面変形素子を互いに平行に固定す
る。この際、各外周支柱には、その一端が積層されてい
る平面変形素子から突出しているだけの長さがあるもの
とし、外周支柱の他端は軸長方向の同一の位置に端部が
あるものとする。次に、積層されている平面変形素子か
ら突出している各外周支柱の一端を外周パイプに挿入
し、積層された平面変形素子と複数の外周支柱とのサブ
アッセンブリを、外周パイプの内部に圧入する。この
際、各平面変形素子の平行性と同軸性とを保ったまま、
サブアッセンブリを外周パイプに挿入するように留意す
る。挿入が完了すると、各平面変形素子は、周囲の外周
支柱を介して外周パイプから中央部へ向かって強力な圧
縮力を受けているので、各平面変形素子は挫屈して曲面
状に変形する。
That is, first, a plurality of peripheral struts are bonded to the peripheral edge of the disk-shaped planar deforming element, which is stacked and arranged, with an adhesive or the like, and the planar deforming elements are fixed in parallel with each other. At this time, it is assumed that each of the outer peripheral supports has a length such that one end thereof protrudes from the stacked planar deformation element, and the other end of the outer peripheral support has an end portion at the same position in the axial length direction. Shall be. Next, one end of each peripheral strut protruding from the stacked plane deforming element is inserted into the peripheral pipe, and a sub-assembly of the laminated plane deforming element and the plurality of peripheral struts is pressed into the inside of the peripheral pipe. . At this time, while maintaining the parallelism and coaxiality of each planar deformation element,
Care is taken to insert the sub-assembly into the outer pipe. When the insertion is completed, each planar deforming element receives a strong compressive force from the outer peripheral pipe toward the center via the peripheral peripheral struts, so that each planar deforming element buckles and deforms into a curved surface.

【0013】したがって本手段によれば、平面変形素子
を挟持部材内に配設する組立工程が容易になり、特に複
数の平面変形素子を有する積層型の圧電アクチュエータ
においては、組立工程が劇的に容易になるという効果が
ある。 (第5手段)本発明の第5手段は、請求項5記載の圧電
アクチュエータである。
Therefore, according to this means, the assembling step of disposing the planar deforming element in the holding member is facilitated, and especially in the case of a laminated piezoelectric actuator having a plurality of planar deforming elements, the assembling step is dramatically performed. This has the effect of being easier. (Fifth Means) A fifth means of the present invention is the piezoelectric actuator according to the fifth aspect.

【0014】本手段では、複数枚が積層されている各平
面変形素子の中央部を互いに連結している中央連結部材
と、各平面変形素子の外縁部を互いに連結している外縁
連結部材とがある。それゆえ、中央連結部材および外周
連結部材の連結作用により、平面変形素子の発生力およ
び変位量のうち一方が、平面変形素子の枚数分だけ重畳
して大きくなる。
In this means, the central connecting member connecting the central portions of the plurality of stacked planar deforming elements to each other, and the outer edge connecting member connecting the outer edges of the planar deforming elements to each other are provided. is there. Therefore, one of the generated force and the displacement amount of the plane deforming element is superimposed and increased by the number of the plane deforming elements due to the connecting action of the center connecting member and the outer circumferential connecting member.

【0015】したがって本手段によれば、平面変形素子
の発生力および変位量のうち一方が、平面変形素子の枚
数分だけ重畳して増大するという効果がある。
Therefore, according to this means, there is an effect that one of the generated force and the displacement amount of the plane deforming element is increased by being superposed by the number of the plane deforming elements.

【0016】[0016]

〔実施例1〕[Example 1]

(実施例1の構成)本発明の実施例1としての圧電アク
チュエータは、図1(a)〜(b)に示すように、同軸
に積層された四枚の圧電バイモルフ1と、中央連結部材
2と、挟持部材としての四本の外周支柱3および一つの
外周パイプ4とから構成されている。
(Structure of Embodiment 1) As shown in FIGS. 1A and 1B, a piezoelectric actuator according to Embodiment 1 of the present invention includes four coaxially stacked piezoelectric bimorphs 1 and a center connecting member 2. And four outer supporting columns 3 and one outer pipe 4 as clamping members.

【0017】圧電バイモルフ1は、円盤状の平面変形素
子であって、バネ弾性をもつステンレス鋼製の薄板であ
る弾性板12と、弾性板12の表裏両方の表面に接合さ
れている圧電材料PZTからなる薄板である二枚の圧電
板11とからなる。各圧電板11の表面には、それぞれ
導電性の膜からなる表面電極13が形成されている。各
圧電板11の中央部には貫通孔が形成されており、中央
連結部材2を貫通させている。弾性板12の中央部に
は、上記貫通孔よりもやや大きな貫通孔120が形成さ
れている。
The piezoelectric bimorph 1 is a disc-shaped planar deforming element, and an elastic plate 12 which is a thin plate made of stainless steel having spring elasticity, and a piezoelectric material PZT joined to both the front and back surfaces of the elastic plate 12. And two piezoelectric plates 11 which are thin plates made of On the surface of each piezoelectric plate 11, a surface electrode 13 made of a conductive film is formed. A through hole is formed in the center of each piezoelectric plate 11, and the center connecting member 2 is made to pass therethrough. In the center of the elastic plate 12, a through hole 120 slightly larger than the above through hole is formed.

【0018】中央連結部材2は、中央連結部材2の全長
と同一の長さの中央連結棒21と、中央連結棒21が挿
入されており各圧電バイモルフ1の間に配設されている
三つのスペーサ22と、中央連結棒21の両端が挿入さ
れて固定されている二つのブッシュ23とから構成され
ている。中央連結棒21、スペーサ22およびブッシュ
23は、いずれもステンレス鋼からなる部材であり、各
圧電バイモルフ1の両面の表面電極13に導通してい
る。一方、弾性板12の貫通孔120は圧電板11の貫
通孔よりもやや大きいので、中央連結棒21等には導通
していない。なお、二つのブッシュ23は、中央連結棒
21の両端部にそれぞれ銀鑞付けで固定されており、両
ブッシュ23の間には、各圧電バイモルフ1および各ス
ペーサ22が押圧力をもって挟持されている。各スペー
サ22により、互いに隣り合う圧電バイモルフ1の間隔
は一定に保たれている。
The central connecting member 2 includes a central connecting rod 21 having the same length as the entire length of the central connecting member 2, and three central connecting rods 21 inserted between the piezoelectric bimorphs 1. It is composed of a spacer 22 and two bushes 23 into which both ends of the central connecting rod 21 are inserted and fixed. The center connecting rod 21, the spacer 22, and the bush 23 are all members made of stainless steel, and are electrically connected to the surface electrodes 13 on both surfaces of each piezoelectric bimorph 1. On the other hand, since the through-hole 120 of the elastic plate 12 is slightly larger than the through-hole of the piezoelectric plate 11, it does not conduct to the center connecting rod 21 and the like. The two bushes 23 are fixed to both ends of the center connecting rod 21 by silver brazing, respectively, and between each bush 23, each piezoelectric bimorph 1 and each spacer 22 are held with a pressing force. . The spacing between the adjacent piezoelectric bimorphs 1 is kept constant by each spacer 22.

【0019】外周支柱3は、外周連結部材としてのステ
ンレス鋼製の四本の丸棒部材であって、圧電バイモルフ
1の弾性板12の外周部に90度の間隔を空けて導電性
接着剤で接合されている。各外周支柱3は、外周パイプ
4の内周面に導電性接着剤で接合されており、外周パイ
プ4から求心方向へ強力な圧縮力を受けている。すなわ
ち、各圧電バイモルフ1が平板状である状態では、対向
する二組の外周支柱3の外周面の互いに背向する端部の
間の距離は、外周パイプ4の内径よりも大きい。それゆ
え、各圧電バイモルフ1を挫屈させて曲面を形成し、対
向する外周支柱3の間の距離を若干縮めている状態で、
圧電バイモルフ1、中央連結部材2および外周支柱3か
らなるサブアッセンブリは、外周パイプ4内に挿置され
ている。
The outer circumferential support 3 is a stainless steel round bar member as an outer circumferential connecting member. The outer circumferential support 3 is made of a conductive adhesive with a 90-degree space around the elastic plate 12 of the piezoelectric bimorph 1. Are joined. Each outer column 3 is joined to the inner surface of the outer pipe 4 with a conductive adhesive, and receives a strong compressive force from the outer pipe 4 in the centripetal direction. That is, in a state where each piezoelectric bimorph 1 is in a flat plate shape, the distance between the opposing ends of the outer peripheral surfaces of the two pairs of outer peripheral columns 3 facing each other is larger than the inner diameter of the outer peripheral pipe 4. Therefore, in a state where each piezoelectric bimorph 1 is buckled to form a curved surface, and the distance between the opposing outer peripheral columns 3 is slightly reduced,
The sub-assembly including the piezoelectric bimorph 1, the center connecting member 2, and the outer support 3 is inserted in the outer pipe 4.

【0020】以上を要約すると、以下のようになる。す
なわち、圧電バイモルフ1は四枚が同軸に積層されてお
り、その中央部は中央連結部材2により互いに連結され
ているとともに、各圧電バイモルフ1の外縁部は外縁連
結部材としての外周支柱3により互いに連結されてい
る。これらを収容している外周パイプ4の締め付け力に
より、各圧電バイモルフ1の周縁部は中央部へ向かって
圧縮力をもって押圧されており、この圧縮力により各圧
電バイモルフ1は挫屈して曲面を形成している。この挫
屈によって生じる圧電バイモルフ1の変形による片側変
位は、上記圧縮力が負荷されていない状態での圧電バイ
モルフ1の圧電効果による両側最大変位に対して1/4
程度であり、1/8以上かつ3/8以下の範囲に収まっ
ている。
The above can be summarized as follows. That is, four piezoelectric bimorphs 1 are coaxially stacked, the central portions of which are connected to each other by a central connecting member 2, and the outer edges of the piezoelectric bimorphs 1 are connected to each other by an outer peripheral support 3 as an outer edge connecting member. Are linked. The peripheral edge of each piezoelectric bimorph 1 is pressed with a compressive force toward the center by the tightening force of the outer peripheral pipe 4 containing these, and the piezoelectric force causes each piezoelectric bimorph 1 to buckle and form a curved surface. doing. One-sided displacement due to deformation of the piezoelectric bimorph 1 caused by this buckling is 1/4 of the maximum displacement on both sides due to the piezoelectric effect of the piezoelectric bimorph 1 in a state where the compressive force is not applied.
And within the range of 1/8 or more and 3/8 or less.

【0021】(実施例1の作用)各圧電バイモルフ1の
二枚の圧電板11を形成している圧電材料の分極方向
は、図2に示すように同一方向を向いている。また、積
層された各圧電バイモルフ1の全てが、分極方向を同一
方向に向けて配設されている。それゆえ、各圧電バイモ
ルフ1の圧電板11である共通電極と両表面電極13と
の間に所定の電圧を印加すると、各圧電バイモルフ1は
表裏のうち一方へ凸に変形しようとする力を発生する。
また、印加電圧の極性を逆転させると、各圧電バイモル
フ1は表裏のうち他方へ凸に変形しようとする力を発生
する。
(Operation of the First Embodiment) The polarization directions of the piezoelectric materials forming the two piezoelectric plates 11 of each piezoelectric bimorph 1 are oriented in the same direction as shown in FIG. In addition, all of the stacked piezoelectric bimorphs 1 are arranged with the polarization direction facing the same direction. Therefore, when a predetermined voltage is applied between the common electrode which is the piezoelectric plate 11 of each piezoelectric bimorph 1 and both surface electrodes 13, each piezoelectric bimorph 1 generates a force which tends to be deformed to one of the front and back sides. I do.
In addition, when the polarity of the applied voltage is reversed, each piezoelectric bimorph 1 generates a force that tends to be convexly deformed to the other side.

【0022】前述のように、圧電バイモルフ1の挫屈変
形による片側変位は圧電効果による両側最大変位に対し
て1/4程度である。それゆえ、一方に凸に挫屈してい
る圧電バイモルフ1に対して逆方向へ変形力を生じる印
加電圧を与えると、圧電効果による発生力が挫屈の安定
を覆し、圧電バイモルフ1は他方に凸に変形する。その
際の変位量は、おおよそ挫屈による変位量と圧電効果に
よる変位量との和である。したがって、本実施例では圧
電バイモルフ1は印加電圧の極性によって表裏いずれの
方向へも凸に変形でき、その変位量は圧電効果だけによ
る変位量の5割り増し程度である。
As described above, the one-sided displacement due to the buckling deformation of the piezoelectric bimorph 1 is about 4 of the maximum displacement on both sides due to the piezoelectric effect. Therefore, when an applied voltage that generates a deforming force in the opposite direction is applied to the piezoelectric bimorph 1 that is convexly buckled on one side, the force generated by the piezoelectric effect reverses the stability of the buckling, and the piezoelectric bimorph 1 is convex on the other side. Deform to. The displacement at that time is approximately the sum of the displacement due to buckling and the displacement due to the piezoelectric effect. Therefore, in this embodiment, the piezoelectric bimorph 1 can be deformed convexly in both directions depending on the polarity of the applied voltage, and the displacement is about 50% of the displacement due to the piezoelectric effect alone.

【0023】すなわち、印加電圧の有無とその極性の切
り替えとにより、本実施例の圧電アクチュエータは、図
3に示す四つの状態のうちいずれをも選択的にとること
ができる。先ず、印加電圧がない場合(V=0)には、
挫屈変形により図中下方に凸である状態aおよび上方に
凸である状態bのうち、いずれかをとっている。この状
態aから負の印加電圧をかけた場合(V=−V1)に
は、挫屈変形による変位と圧電効果による変位とが重畳
され、下方へ大きく凸に変形している状態cになる。一
方、上記状態bから負の印加電圧をかけた場合(V=−
V1)には、挫屈方向は瞬時に反転して状態aを経て、
挫屈変位と圧電効果による変位とが重畳され下方へ大き
く凸に変形している状態cになる。
That is, the piezoelectric actuator of this embodiment can selectively take any of the four states shown in FIG. 3 by the presence or absence of the applied voltage and the switching of the polarity. First, when there is no applied voltage (V = 0),
Either state a which is convex downward in the figure due to buckling deformation or state b which is upward convex in the figure is taken. When a negative applied voltage is applied from this state a (V = −V1), the displacement due to the buckling deformation and the displacement due to the piezoelectric effect are superimposed, and the state becomes a state c which is largely convex downward. On the other hand, when a negative applied voltage is applied from the state b (V = −
In V1), the buckling direction is instantaneously reversed and passes through state a.
The buckling displacement and the displacement due to the piezoelectric effect are superimposed on each other, and the state c is largely deformed downward and convex.

【0024】同様に、上に凸に挫屈変形している状態b
から正の印加電圧をかけた場合(V=V1)には、挫屈
変位と圧電効果による変位とが重畳され、上方へ大きく
凸に変形している状態dになる。一方、上記状態aから
正の印加電圧をかけた場合(V=V1)には、挫屈方向
は瞬時に反転して状態bを経て、挫屈変位と圧電効果に
よる変位とが重畳され上方へ大きく凸に変形している状
態dになる。
Similarly, a state b in which the buckling deformation is upwardly convex
When a positive applied voltage is applied from (V) (V = V1), the buckling displacement and the displacement due to the piezoelectric effect are superimposed, resulting in a state d in which the deformation is largely convex upward. On the other hand, when a positive applied voltage is applied from the above state a (V = V1), the buckling direction is instantaneously reversed, and through the state b, the buckling displacement and the displacement due to the piezoelectric effect are superimposed and upward. The state becomes the state d which is largely deformed to be convex.

【0025】ここで比較のために、挫屈変形していない
従来技術の積層バイモルフの動作について説明すると、
図4に示すように、印加電圧がない場合(V=0)には
圧電バイモルフ1は中立位置にあって平板状をしてい
る。この状態から正負の印加電圧がかかると、圧電効果
による変位を生じて、上に凸(V=V1)または下に凸
(V=−V1)に変位量を生じる。しかしこの従来技術
では、圧電効果による変位に挫屈変位が付加されていな
いので、本実施例の圧電アクチュエータの圧電バイモル
フ1の変位量に比べて何割か小さい変位量しか得られな
い。
Here, for comparison, the operation of the prior art laminated bimorph that is not buckled will be described.
As shown in FIG. 4, when there is no applied voltage (V = 0), the piezoelectric bimorph 1 is in a neutral position and has a flat plate shape. When a positive or negative applied voltage is applied from this state, displacement occurs due to the piezoelectric effect, and a displacement amount occurs upward (V = V1) or downward (V = -V1). However, in this prior art, since the buckling displacement is not added to the displacement due to the piezoelectric effect, only a displacement amount that is somewhat smaller than the displacement amount of the piezoelectric bimorph 1 of the piezoelectric actuator of the present embodiment can be obtained.

【0026】本実施例での圧電バイモルフ1は、印加電
圧の有無とその極性の切り替えとにより、図5に示すよ
うに、図3の各状態に対応する状態a〜dの四つの状態
を取りうる。図5中の変位量を示す記号は、xが挫屈変
形による変位量の片側振幅を表しており、yが圧電効果
による変形の両側振幅成分を表している。それゆえ、圧
電バイモルフ1の両側振幅は、従来技術ではyであると
ころを、本実施例では(y+2x)となり、両側振幅の
変位量(ストローク)は2xだけ増大する。
As shown in FIG. 5, the piezoelectric bimorph 1 in this embodiment takes four states a to d corresponding to the states shown in FIG. 3 depending on the presence or absence of an applied voltage and switching of its polarity. sell. In the symbols indicating the amount of displacement in FIG. 5, x represents one-sided amplitude of the amount of displacement due to buckling deformation, and y represents both-sided amplitude components of deformation due to the piezoelectric effect. Therefore, the amplitude on both sides of the piezoelectric bimorph 1 is (y + 2x) in this embodiment, whereas the amplitude on both sides of the piezoelectric bimorph 1 is y in the prior art, and the displacement (stroke) of the amplitude on both sides is increased by 2x.

【0027】以上を印加電圧を横軸に取り変位量を縦軸
に取った位相線図で表現すると、図6に示すように、挫
屈の反転によるジャンプjのゆえにヒステリシス・ルー
プを有する位相線図が得られる。ただし、圧電バイモル
フ1自身の材料に固有のヒステリシスは微少であるの
で、同図中には示されていない。前述の各状態a〜d
は、図中に指示されている各部分に相当している。同図
から、印加電圧がかかっている場合(V=V1 or V=
−V1)に、本実施例の圧電アクチュエータの振幅(片
側)では、挫屈による変位量xだけ従来技術の圧電アク
チュエータよりも大きな変位量が得られていることがわ
かる。
When the above is expressed by a phase diagram in which the applied voltage is plotted on the horizontal axis and the displacement is plotted on the vertical axis, as shown in FIG. 6, a phase line having a hysteresis loop due to a jump j due to the inversion of buckling. The figure is obtained. However, since the hysteresis inherent to the material of the piezoelectric bimorph 1 itself is very small, it is not shown in FIG. Each of the above states a to d
Correspond to the parts indicated in the figure. From the figure, when the applied voltage is applied (V = V1 or V =
-V1), it can be seen that, with respect to the amplitude (one side) of the piezoelectric actuator of the present embodiment, a displacement amount larger than that of the conventional piezoelectric actuator is obtained by the displacement amount x due to buckling.

【0028】(実施例1の効果)本実施例の圧電アクチ
ュエータは、以上のように構成されているので、次のよ
うに複数の効果が発揮される。第1の効果は、圧電アク
チュエータの発生する変位量の増大である。本実施例の
圧電アクチュエータでは、圧電バイモルフ1が、挟持部
材である外周支柱3および外周パイプ4により周縁部か
ら中央部に向かって押圧されて挫屈し、曲面を形成して
いる。ここで、挫屈による圧電バイモルフ1の変位量
は、圧電バイモルフ1の発生力で挫屈の向きを反転させ
ることができるように、電圧印加による圧電バイモルフ
1本来の変位量の半分程度に設定されている。
(Effects of Embodiment 1) Since the piezoelectric actuator of this embodiment is configured as described above, a plurality of effects are exhibited as follows. The first effect is an increase in the amount of displacement generated by the piezoelectric actuator. In the piezoelectric actuator of this embodiment, the piezoelectric bimorph 1 is pressed from the peripheral edge toward the center by the outer peripheral column 3 and the outer peripheral pipe 4 serving as the sandwiching members and buckles to form a curved surface. Here, the amount of displacement of the piezoelectric bimorph 1 due to buckling is set to about half of the original amount of displacement of the piezoelectric bimorph 1 due to voltage application so that the direction of buckling can be reversed by the force generated by the piezoelectric bimorph 1. ing.

【0029】この挫屈している状態の圧電バイモルフ1
に、挫屈の方向と同じ方向に変位する極性で電圧を印加
すれば、挫屈による変位量と圧電効果による変位量とが
重畳した変位量を発生することができる。逆に、挫屈の
方向と逆の方向に変位する極性で電圧を印加すれば、挫
屈変形が反転して圧電バイモルフ1は反対側に挫屈し、
その結果、逆方向にも挫屈による変位量と圧電効果によ
る変位量とが重畳した変位量が発生する。それゆえ、本
実施例の圧電アクチュエータでは、電圧印加時の変位量
は、挫屈による変位量が加わる分だけ圧電バイモルフ1
が圧電効果によって生じる変位量よりも大きい。
This buckled piezoelectric bimorph 1
If a voltage is applied with a polarity displaced in the same direction as the buckling direction, a displacement amount in which the displacement amount due to the buckling and the displacement amount due to the piezoelectric effect are superimposed can be generated. Conversely, if a voltage is applied with a polarity displaced in the direction opposite to the buckling direction, the buckling deformation is reversed and the piezoelectric bimorph 1 buckles to the opposite side,
As a result, a displacement is generated in the reverse direction in which the displacement due to buckling and the displacement due to the piezoelectric effect are superimposed. Therefore, in the piezoelectric actuator according to the present embodiment, the amount of displacement at the time of applying a voltage is equal to the amount of displacement due to buckling.
Is larger than the displacement caused by the piezoelectric effect.

【0030】したがって、本実施例の圧電アクチュエー
タによれば、圧電バイモルフ1が本来有している変位量
よりも、5割り増し程度に大きい変位量を発生させるこ
とができる。なお、変位量の挫屈変形による増大分は、
挫屈変形を増やすことによりさらに増すことができる
が、自ずから限度がある。すなわち、変位量の挫屈変形
による増大分は、圧電効果によって生じる圧電バイモル
フ1の本来の変位量と、最大でも同等程度までである。
Therefore, according to the piezoelectric actuator of this embodiment, it is possible to generate a displacement amount which is about 50% larger than the displacement amount which the piezoelectric bimorph 1 originally has. The increase in the amount of displacement due to buckling deformation is:
It can be further increased by increasing the buckling deformation, but there is a limit naturally. That is, the amount of increase in the amount of displacement due to buckling deformation is at most about the same as the original amount of displacement of the piezoelectric bimorph 1 caused by the piezoelectric effect.

【0031】第2の効果は、圧電アクチュエータの発生
力の増大である。本実施例の圧電アクチュエータは、四
枚が積層されている各圧電バイモルフ1の中央部を互い
に連結している中央連結部材2と、各圧電バイモルフ1
の外縁部を互いに連結している外周連結部材としての外
周支柱3とを有する。そして、これら1,2,3の連結
構造は変位に関して並列であり、積層することによって
変位量は増大しない。そのかわり、中央連結部材2およ
び外周支柱3の並列連結作用により、圧電バイモルフ1
の発生力が、圧電バイモルフ1の枚数分だけ重畳して大
きくなる。
The second effect is an increase in the force generated by the piezoelectric actuator. The piezoelectric actuator according to the present embodiment includes a central connecting member 2 that connects the central portions of the four piezoelectric bimorphs 1 each having four layers, and a piezoelectric bimorph 1 that
And an outer peripheral support member 3 as an outer peripheral connecting member that connects the outer edges of the outer peripheral columns to each other. The connecting structures 1, 2, 3 are parallel with respect to the displacement, and the amount of displacement does not increase by stacking. Instead, the piezoelectric bimorph 1 is formed by the parallel connection action of the center connection member 2 and the outer support 3.
Are superimposed and increased by the number of piezoelectric bimorphs 1.

【0032】したがって本実施例の圧電アクチュエータ
によれば、圧電バイモルフ1の発生力が、圧電バイモル
フ1の枚数分だけ重畳して増大するという効果がある。
第3の効果は、部品点数および組立工数の減少によるコ
ストダウンと信頼性の向上とである。すなわち、導電性
の中央連結部材2は、全ての圧電バイモルフ1の両面の
表面電極13に接続されており、また、導電性の外周支
柱3は、全ての圧電バイモルフ1の弾性板12に接続さ
れている。それゆえ、本実施例の圧電アクチュエータで
は、リード線等の配線がなく、配線作業なしに製造する
ことが可能になっている。
Therefore, according to the piezoelectric actuator of the present embodiment, there is an effect that the generated force of the piezoelectric bimorph 1 is increased by being superposed by the number of the piezoelectric bimorphs 1.
The third effect is cost reduction and improvement in reliability due to reduction in the number of parts and the number of assembly steps. That is, the conductive central connecting member 2 is connected to the surface electrodes 13 on both surfaces of all the piezoelectric bimorphs 1, and the conductive outer peripheral support 3 is connected to the elastic plates 12 of all the piezoelectric bimorphs 1. ing. Therefore, the piezoelectric actuator of this embodiment has no wiring such as a lead wire, and can be manufactured without wiring work.

【0033】したがって、本実施例の圧電アクチュエー
タによれば、リード線がないので不品点数が減り、配線
作業がないので組立工数が減少して、コストダウンおよ
び高信頼性を得ることができる。 (実施例1の組立方法)先ず、積層されて配設された円
盤状の各圧電バイモルフ1の周縁部に、四本の外周支柱
3を導電性の接着剤ないし鑞付け等で接合し、4枚の圧
電バイモルフ1を互いに平行に固定する。この際、各外
周支柱3には、その一端が積層されている圧電バイモル
フ1の一端から突出しているだけの長さがあるものと
し、外周支柱3の他端は軸長方向の同一の位置に端部が
あるものとする。
Therefore, according to the piezoelectric actuator of this embodiment, since there is no lead wire, the number of defective parts is reduced, and since there is no wiring work, the number of assembling steps is reduced, and cost reduction and high reliability can be obtained. (Assembling method of the first embodiment) First, four peripheral columns 3 are joined to the peripheral portion of each of the disc-shaped piezoelectric bimorphs 1 stacked by a conductive adhesive or brazing. The two piezoelectric bimorphs 1 are fixed in parallel with each other. At this time, it is assumed that each outer peripheral column 3 has a length such that one end thereof protrudes from one end of the laminated piezoelectric bimorph 1, and the other end of the outer peripheral column 3 is located at the same position in the axial direction. Assume that there is an end.

【0034】次に、積層されている圧電バイモルフ1か
ら突出している各外周支柱3の一端を外周パイプ4の内
周面に沿ってに挿入し、積層された圧電バイモルフ1と
四本の外周支柱3とからなるサブアッセンブリを、外周
パイプ4の内部に圧入する。この際、各圧電バイモルフ
1の平行性と同軸性とを保ったまま、上記サブアッセン
ブリを外周パイプ4に挿入するように留意する。挿入作
業が完了すると、各圧電バイモルフ1は、周囲の外周支
柱3を介して外周パイプ4から中央部へ向かって強力な
圧縮力を受けているので、表裏のうち一方に凸状に挫屈
して曲面状に変形する。
Next, one end of each of the outer peripheral columns 3 protruding from the laminated piezoelectric bimorph 1 is inserted along the inner peripheral surface of the outer peripheral pipe 4, and the laminated piezoelectric bimorph 1 and four outer peripheral columns are inserted. 3 is pressed into the outer peripheral pipe 4. At this time, care is taken to insert the sub-assembly into the outer peripheral pipe 4 while maintaining the parallelism and coaxiality of each piezoelectric bimorph 1. When the insertion operation is completed, each piezoelectric bimorph 1 receives a strong compressive force from the outer peripheral pipe 4 toward the center via the outer peripheral column 3, and buckles in a convex manner on one of the front and back sides. Deforms into a curved shape.

【0035】したがって、本実施例によれば、圧電バイ
モルフ1を挟持部材である外周支柱3および外周パイプ
4の内に配設する組立工程が容易になる。それゆえ、本
実施例のように複数の圧電バイモルフ1を有する積層型
の圧電アクチュエータにおいては、組立工程が劇的に容
易になるという効果がある。 (実施例1の変形態様1)前述の実施例1の圧電アクチ
ュエータにおいて、円盤状の圧電バイモルフ1に替えて
矩形板状の圧電バイモルフを採用し、外周支柱3および
外周パイプ4に替えて矩形枠状の挟持部材を備えた変形
態様が実施可能である。本変形態様においても、挫屈変
形を利用して実施例1と同様に変位量を増大させること
が可能である。
Therefore, according to the present embodiment, the assembling process of disposing the piezoelectric bimorph 1 in the outer peripheral column 3 and the outer peripheral pipe 4 which are the holding members becomes easy. Therefore, in the laminated piezoelectric actuator having a plurality of piezoelectric bimorphs 1 as in this embodiment, there is an effect that the assembling process is dramatically simplified. (Variation 1 of Embodiment 1) In the piezoelectric actuator of Embodiment 1 described above, a rectangular plate-shaped piezoelectric bimorph is adopted in place of the disk-shaped piezoelectric bimorph 1, and a rectangular frame is used in place of the outer peripheral column 3 and the outer peripheral pipe 4. A variant with a pinch-like holding member is feasible. Also in this modified embodiment, it is possible to increase the displacement amount by using the buckling deformation as in the first embodiment.

【0036】(実施例1の変形態様2)図7(a)〜
(b)に示すように、図1の外周パイプ4の代わりに、
圧電アクチュエータの外周支柱3を挿入して固定する孔
を有するリング状の台座をもって、圧電アクチュエータ
の出力端の一端を固定する変形態様が可能である。本変
形態様では、リング状の台座が挟持部材として作用し、
各圧電バイモルフ1を挫屈変形させている。台座は、圧
電アクチュエータの両端に配設されていても良いし、場
合によっては一端だけに配設されていても良い。
(Modification 2 of Embodiment 1) FIGS.
As shown in (b), instead of the outer peripheral pipe 4 of FIG.
A modification is possible in which one end of the output end of the piezoelectric actuator is fixed by using a ring-shaped pedestal having a hole for inserting and fixing the outer circumferential support 3 of the piezoelectric actuator. In this modification, the ring-shaped pedestal acts as a holding member,
Each piezoelectric bimorph 1 is buckled and deformed. The pedestal may be provided at both ends of the piezoelectric actuator, or may be provided only at one end in some cases.

【0037】本変形態様によれば、前述の実施例1の効
果に加えて、外周パイプ4を使用せずに本発明の積層型
の圧電アクチュエータを構成できるので、空気の流通が
改善されて圧電アクチュエータが過熱しにくくなるとい
う効果がある。 [実施例2] (実施例2の構成)本発明の実施例2としての圧電アク
チュエータは、図8に示すように、圧電バイモルフ1の
中央部を互いに連結している中央連結部材2’と、圧電
バイモルフ1の外縁部を互いに連結している外周連結部
材3’,4’とを有する。外周連結部材としては、実施
例1のものよりも短い外周支柱3’および外周パイプ
4’とが配設されている。中央連結部材2’は、ステン
レス鋼製の円筒部材であり、圧電バイモルフ1の圧電板
11の表面に接着されている。
According to this modified embodiment, in addition to the effect of the first embodiment, the laminated piezoelectric actuator of the present invention can be constituted without using the outer peripheral pipe 4, so that the air flow is improved and the piezoelectric actuator is improved. There is an effect that the actuator hardly overheats. Embodiment 2 (Structure of Embodiment 2) As shown in FIG. 8, a piezoelectric actuator according to Embodiment 2 of the present invention includes a central connecting member 2 ′ connecting central portions of a piezoelectric bimorph 1 to each other. And outer peripheral connecting members 3 ′ and 4 ′ connecting the outer edges of the piezoelectric bimorph 1 to each other. As the outer peripheral connecting member, an outer peripheral column 3 'and an outer peripheral pipe 4' shorter than those of the first embodiment are arranged. The center connecting member 2 ′ is a cylindrical member made of stainless steel, and is adhered to the surface of the piezoelectric plate 11 of the piezoelectric bimorph 1.

【0038】ここで、中央連結部材2’と外周連結部材
3’,4’とは、交互に圧電バイモルフ1の中央部およ
び外縁部をそれぞれ互いに連結しており、圧電バイモル
フ1は変位に関して直列に連結されている。 (実施例2の作用効果)それゆえ、従来技術の圧電バイ
モルフに比較して実施例1と同様に変位量が5割り増し
になっている圧電バイモルフ1の変位量は、直列に足し
合わされ、圧電バイモルフ1の枚数倍だけに増大する。
本実施例によれば、従来技術による圧電バイモルフが直
列に接合されている圧電アクチュエータに比べ、5割り
増し程度の変位量が得られるという効果がある。
Here, the center connecting member 2 'and the outer connecting members 3' and 4 'alternately connect the central portion and the outer edge of the piezoelectric bimorph 1 to each other, and the piezoelectric bimorph 1 is connected in series with respect to displacement. Are linked. (Effects of Embodiment 2) Therefore, the displacement amount of the piezoelectric bimorph 1 whose displacement amount is increased by 50% in the same manner as in the first embodiment as compared with the conventional piezoelectric bimorph is added in series, and the piezoelectric bimorph is added. The number increases by a factor of one.
According to this embodiment, there is an effect that a displacement amount of about 50% can be obtained as compared with the piezoelectric actuator in which the piezoelectric bimorphs according to the related art are joined in series.

【0039】(実施例2の変形態様)本実施例の圧電ア
クチュエータにおいても、実施例1の変形態様に相当す
る矩形の圧電バイモルフを採用した変形態様が実施可能
である。本変形態様によっても、実施例2の作用効果と
同様の作用効果が得られる。 [実施例3] (実施例3の構成)本発明の実施例3としての圧電アク
チュエータは、図9に示すように、実施例1の圧電アク
チュエータにおいて圧電バイモルフ1を圧電ユニモルフ
1’で置換したものである。外周連結部材および挟持部
材としての外周支柱3および外周パイプ4は、実施例1
ものと同一である。中央連結部材2は、おおむね実施例
1のそれと同様であるが、導電性のスペーサ22が圧電
ユニモルフ1’の弾性板12に当接する部分には図示し
ない絶縁リングが挿入されており、スペーサ22を含む
中央連結部材2と弾性板12とは互いに絶縁されてい
る。
(Modification of Embodiment 2) In the piezoelectric actuator of this embodiment, a modification employing a rectangular piezoelectric bimorph corresponding to the modification of Embodiment 1 can be implemented. According to this modification, the same operation and effect as those of the second embodiment can be obtained. Third Embodiment (Configuration of Third Embodiment) As shown in FIG. 9, a piezoelectric actuator according to a third embodiment of the present invention has a structure in which the piezoelectric bimorph 1 is replaced by the piezoelectric unimorph 1 'in the piezoelectric actuator of the first embodiment. It is. The outer peripheral support member 3 and the outer peripheral pipe 4 as the outer peripheral connecting member and the holding member are the same as those in the first embodiment.
It is the same as the one. The center connecting member 2 is substantially the same as that of the first embodiment, but an insulating ring (not shown) is inserted in a portion where the conductive spacer 22 contacts the elastic plate 12 of the piezoelectric unimorph 1 ′. The central connecting member 2 and the elastic plate 12 are insulated from each other.

【0040】それゆえ、本実施例の圧電アクチュエータ
においても、実施例1と同様に中央連結部材2と外周支
柱3との間に電圧を印加することにより、駆動される。 (実施例3の作用効果)本実施例の圧電アクチュエータ
においても、図10に示すように、各圧電ユニモルフ
1’に印加電圧がかかっていない状態(状態a,b)で
は、圧電ユニモルフ1’は表裏のうち一方へ凸に挫屈変
形している。それゆえ、本実施例の圧電アクチュエータ
によれば、圧電ユニモルフ1’の圧電効果による変位量
に挫屈変形による変位量が加わって、実施例1と同様に
より大きな変位量が得られるという効果がある。
Therefore, the piezoelectric actuator according to the present embodiment is also driven by applying a voltage between the central connecting member 2 and the outer peripheral support 3 as in the first embodiment. (Effects of Embodiment 3) Also in the piezoelectric actuator of this embodiment, as shown in FIG. 10, when no applied voltage is applied to each piezoelectric unimorph 1 '(states a and b), the piezoelectric unimorph 1' It is buckled and deformed convexly to one of the front and back. Therefore, according to the piezoelectric actuator of the present embodiment, the displacement amount due to the buckling deformation is added to the displacement amount due to the piezoelectric effect of the piezoelectric unimorph 1 ′, so that a larger displacement amount can be obtained as in the first embodiment. .

【0041】ただし、圧電ユニモルフ1’は圧電バイモ
ルフ1と異なり、圧電板11の分極方向によって圧電効
果による変位量が異なる。すなわち、一方に大きく変形
できるが、他方にはあまり大きく変形できない。それゆ
え、図10に示すように、状態dでは一方に大きな片側
振幅(x+y1 )が得られるが、状態cではそれほど大
きな片側振幅は得られず、(x+y2 )程度である。
However, the piezoelectric unimorph 1 ′ differs from the piezoelectric bimorph 1 in that the amount of displacement due to the piezoelectric effect varies depending on the polarization direction of the piezoelectric plate 11. That is, it can be greatly deformed to one side but not so much to the other side. Therefore, as shown in FIG. 10, a large one-sided amplitude (x + y 1 ) is obtained on one side in the state d, but a not so large one-sided amplitude is obtained on the one side in the state c, which is about (x + y 2 ).

【0042】本実施例の圧電アクチュエータの両側振幅
は(2x+y1+y2)であり、本実施例によっても実施
例1と同様に2xに相当する挫屈変形による変位量の増
大が得られるという効果がある。 (実施例3の変形態様)本実施例においても、実施例1
に対するその変形態様と同様に、矩形の圧電ユニモルフ
を採用した変形態様が実施可能であり、本実施例の圧電
アクチュエータと同様の作用効果が得られる。
The two-sided amplitude of the piezoelectric actuator of this embodiment is (2x + y 1 + y 2 ). According to this embodiment, an effect of increasing the displacement amount due to buckling deformation equivalent to 2x can be obtained similarly to the first embodiment. There is. (Modification of Embodiment 3) In this embodiment, too, Embodiment 1
Similarly to the above-described modification, a modification employing a rectangular piezoelectric unimorph can be implemented, and the same operation and effect as those of the piezoelectric actuator of this embodiment can be obtained.

【0043】また、実施例1に対する実施例2のよう
に、圧電ユニモルフ1’の連結を変位に関して直列に連
結している他の変形態様も可能である。本変形態様で
は、互いに隣り合う圧電ユニモルフ1’は互いに対向ま
たは背向するように配設され、実施例3の変位量に対し
圧電ユニモルフ1’の枚数倍の変位量が得られる。ただ
し本変形態様でも、実施例3と同様に一方への変位量と
他方への変位量では異なっている。
As in the second embodiment with respect to the first embodiment, another modification in which the connection of the piezoelectric unimorphs 1 'is connected in series with respect to the displacement is also possible. In the present modification, the adjacent piezoelectric unimorphs 1 ′ are disposed so as to face or face each other, and a displacement amount that is the number of piezoelectric unimorphs 1 ′ times that of the third embodiment is obtained. However, also in this modification, the displacement amount to one side and the displacement amount to the other are different as in the third embodiment.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 実施例1としての圧電アクチュエータの構成
を示す組図 (a)平面図 (b)側端面図
FIG. 1 is a set diagram showing a configuration of a piezoelectric actuator as a first embodiment (a) Plan view (b) Side end view

【図2】 実施例1の圧電バイモルフの構成を模式的に
示す断面図
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically illustrating a configuration of a piezoelectric bimorph of Example 1.

【図3】 実施例1の圧電アクチュエータの作用を示す
模式図
FIG. 3 is a schematic view illustrating the operation of the piezoelectric actuator according to the first embodiment.

【図4】 従来技術の圧電アクチュエータの作用を示す
模式図
FIG. 4 is a schematic view illustrating the operation of a conventional piezoelectric actuator.

【図5】 実施例1の圧電バイモルフの変形状態を示す
模式図
FIG. 5 is a schematic view showing a deformed state of the piezoelectric bimorph of Example 1.

【図6】 実施例1の圧電バイモルフの作用を示す位相
平面図
FIG. 6 is a phase plan view showing the operation of the piezoelectric bimorph of the first embodiment.

【図7】 実施例1の変形態様2の台座の形状を示す組
図 (a)平面図 (b)側断面図
FIG. 7 is a set diagram showing the shape of a pedestal according to a second modification of the first embodiment; (a) a plan view;

【図8】 実施例2としての圧電アクチュエータの構成
を示す側端面図
FIG. 8 is a side end view showing a configuration of a piezoelectric actuator according to a second embodiment.

【図9】 実施例3としての圧電アクチュエータの構成
を示す組図 (a)平面図 (b)側端面図
FIG. 9 is a set diagram showing a configuration of a piezoelectric actuator as a third embodiment (a) Plan view (b) Side end view

【図10】実施例3の圧電アクチュエータの作用を示す
模式図
FIG. 10 is a schematic view illustrating the operation of the piezoelectric actuator according to the third embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:圧電バイモルフ(円盤状) 1’:圧電ユニモル
フ(円盤状) 11:圧電板(PZT) 12:弾性板(ステンレス鋼) 120:貫通孔 13:表面電極 2,2’:中央連結部材(いずれもステンレス鋼製) 21:中央連結棒 22:スペーサ 23:ブッシ
ュ 3,3’:外周支柱(ステンレス鋼) 4,4’:外周パイプ(ステンレス鋼)
1: Piezoelectric bimorph (disk shape) 1 ': Piezoelectric unimorph (disk shape) 11: Piezoelectric plate (PZT) 12: Elastic plate (stainless steel) 120: Through hole 13: Surface electrode 2, 2': Central connecting member (any 21: Central connecting rod 22: Spacer 23: Bush 3, 3 ': Peripheral support (stainless steel) 4, 4': Peripheral pipe (stainless steel)

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】バネ弾性をもつ薄板である弾性板と、該弾
性板の少なくとも一方の表面に接合されており印加電圧
により伸縮する圧電材料からなる薄板である圧電板とか
らなる平面変形素子と、 該平面変形素子の周縁部を中央部へ向かって圧縮力をも
って押圧し、該平面変形素子を曲面に挫屈させている挟
持部材と、を有することを特徴とする、圧電アクチュエ
ータ。
1. A planar deformation element comprising: an elastic plate which is a thin plate having spring elasticity; and a piezoelectric plate which is a thin plate made of a piezoelectric material which is joined to at least one surface of the elastic plate and expands and contracts by an applied voltage. A piezoelectric member comprising: a holding member that presses a peripheral portion of the plane deforming element toward a central portion with a compressive force to buckle the plane deforming element to a curved surface.
【請求項2】前記平面変形素子の挫屈変形による片側変
位は、前記圧縮力が負荷されていない状態での該平面変
形素子の両側振幅である最大変位に対して、1/8以上
かつ3/8以下である、請求項1記載の圧電アクチュエ
ータ。
2. One-sided displacement due to buckling deformation of the plane deforming element is at least 1/8 and 3 or more of the maximum displacement which is the amplitude on both sides of the plane deforming element when the compressive force is not applied. The piezoelectric actuator according to claim 1, wherein the ratio is / 8 or less.
【請求項3】前記平面変形素子は、円盤状または矩形板
状の圧電バイモルフおよび圧電ユニモルフのうち一方で
ある、請求項1記載の圧電アクチュエータ。
3. The piezoelectric actuator according to claim 1, wherein the planar deformation element is one of a disk-shaped or rectangular-plate-shaped piezoelectric bimorph and a piezoelectric unimorph.
【請求項4】前記平面変形素子は、円盤状の圧電バイモ
ルフおよび圧電ユニモルフのうち一方であり、 前記挟持部材は、該平面変形素子を外周部で挟持してい
る複数の外周支柱と、内周面で該外周支柱に外接し、押
圧力を持って該外周支柱を該平面変形素子の外周部との
間に挟持している外周パイプとからなる、請求項1記載
の圧電アクチュエータ。
4. The planar deforming element is one of a disk-shaped piezoelectric bimorph and a piezoelectric unimorph, and the holding member includes a plurality of outer peripheral posts that sandwich the planar deforming element at an outer peripheral portion, and an inner peripheral member. 2. The piezoelectric actuator according to claim 1, further comprising an outer peripheral pipe circumscribing the outer peripheral column by a surface, and holding the outer peripheral column with an outer peripheral portion of the planar deformation element with a pressing force.
【請求項5】前記平面変形素子は複数枚が積層されてお
り、 該平面変形素子の中央部を互いに連結している中央連結
部材と、該平面変形素子の外縁部を互いに連結している
外縁連結部材とを有する、請求項1記載の圧電アクチュ
エータ。
5. A planar connecting element, wherein a plurality of the planar deformation elements are stacked, a central connecting member connecting the central portions of the planar deformation elements to each other, and an outer edge connecting the outer edges of the planar deformation elements to each other. The piezoelectric actuator according to claim 1, further comprising a connecting member.
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