JPS60245481A - 圧電型アクチュエータ - Google Patents
圧電型アクチュエータInfo
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- JPS60245481A JPS60245481A JP59098611A JP9861184A JPS60245481A JP S60245481 A JPS60245481 A JP S60245481A JP 59098611 A JP59098611 A JP 59098611A JP 9861184 A JP9861184 A JP 9861184A JP S60245481 A JPS60245481 A JP S60245481A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
- H10N30/204—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using bending displacement, e.g. unimorph, bimorph or multimorph cantilever or membrane benders
- H10N30/2041—Beam type
- H10N30/2042—Cantilevers, i.e. having one fixed end
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は圧電素子を利用してなる圧電素子アクチュエー
タに関し、特に複数の圧電素子を長手状梁に対し巧みに
組み合わせることによりその長手状梁による揺動変位を
大きくし得るように構成してなる圧電素子アクチュエー
タに関する。
タに関し、特に複数の圧電素子を長手状梁に対し巧みに
組み合わせることによりその長手状梁による揺動変位を
大きくし得るように構成してなる圧電素子アクチュエー
タに関する。
この種の圧電素子は、たとえば単結晶物質の水晶、チタ
ン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸鉛など
のペロブスカイト型構造のセラミックス、さらに有機物
質のボリフフ化ビニリデンなどといった圧電物質によっ
て形成されているものであり、力を加えると電圧を生じ
、センサとして機能し得るとともに、これとは逆に電圧
を加えると力を発生し、アクチュエータとして機能し得
るものである。そして、近年、このような特性をもつ圧
電素子を巧みに組み合わせて利用することにより種々の
動作を行なう圧電素子アクチュエータが盛んに開発され
るようになっている。
ン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸鉛など
のペロブスカイト型構造のセラミックス、さらに有機物
質のボリフフ化ビニリデンなどといった圧電物質によっ
て形成されているものであり、力を加えると電圧を生じ
、センサとして機能し得るとともに、これとは逆に電圧
を加えると力を発生し、アクチュエータとして機能し得
るものである。そして、近年、このような特性をもつ圧
電素子を巧みに組み合わせて利用することにより種々の
動作を行なう圧電素子アクチュエータが盛んに開発され
るようになっている。
ところで、上述した圧電素子をアクチュエータとして用
いる場合において、問題とされることは、その用途に応
じた変位と発生力（推力）とが適切に得られるような構
成を採用することであるが、従来から一般に採用されて
いる積層型のものやバイモルフ型のものでは、一長一短
があり、特に上述した変位と発生力が共に大きいものは
未だ提案されておらず、このような要請を満足し得る圧
電素子アクチュエータの出現が要望されている。すなわ
ち、前者の積層型のものでは、発生力としては大きなも
のが得られるが、その変位は小さいものであり、一方接
者のバイモルフ型のものでは、変位は大きいが、その発
生力は小さいものである。
いる場合において、問題とされることは、その用途に応
じた変位と発生力（推力）とが適切に得られるような構
成を採用することであるが、従来から一般に採用されて
いる積層型のものやバイモルフ型のものでは、一長一短
があり、特に上述した変位と発生力が共に大きいものは
未だ提案されておらず、このような要請を満足し得る圧
電素子アクチュエータの出現が要望されている。すなわ
ち、前者の積層型のものでは、発生力としては大きなも
のが得られるが、その変位は小さいものであり、一方接
者のバイモルフ型のものでは、変位は大きいが、その発
生力は小さいものである。
そして、これら従来のアクチュエータ構造では、その変
位および発生力を共に大きくする必要がある、たとえば
弁装置などの駆動装置として使用しようとする場合にあ
たって、何らかの増幅機構を付設することが必要とされ
るものであり、このような圧電素子アクチュエータを用
いることによる性能を発揮し得ないばかりでなく、上述
した両者のものは共に、複数の圧電素子を積層したり、
二枚の圧電素子を張り合せたりしたものであるため、そ
の強度上の剛性に欠けるといった欠点もあり、これらの
問題点を一掃し得る何らかの対策を講じることが望まれ
ている。
位および発生力を共に大きくする必要がある、たとえば
弁装置などの駆動装置として使用しようとする場合にあ
たって、何らかの増幅機構を付設することが必要とされ
るものであり、このような圧電素子アクチュエータを用
いることによる性能を発揮し得ないばかりでなく、上述
した両者のものは共に、複数の圧電素子を積層したり、
二枚の圧電素子を張り合せたりしたものであるため、そ
の強度上の剛性に欠けるといった欠点もあり、これらの
問題点を一掃し得る何らかの対策を講じることが望まれ
ている。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、
長手状を呈する金属製梁の一側面を櫛歯状に切欠き形成
し、かつこれら複数の切欠き部のそれぞれに、電圧を印
加することによりその対応する切欠き部の隙間を拡狭さ
せるような伸縮動作を行なう圧電素子を嵌装するという
簡単な構成によって、その出力としての長手状梁の揺動
変位を大きくし得るとともに、その発生力をも大きくす
ることが可能で、種々分野における各種アクチュエータ
として用いてその効果を発揮させ得るものであり、しか
もこの効果は、上述した櫛歯状切欠き部を略逆山形形状
を呈するように切欠き形成してこれに圧電素子を嵌装す
るようにすれば、より大きいものであり、さらに上述し
た長手状梁自身の剛性により全体の強度上の信頼性を高
めることもでき、また上述した圧電素子への印加電圧を
適宜制御することにより、その変位と発生力とを自由に
可変することもできる等といった種々優れた効果を奏す
ることができる安価な圧電素子アクチュエータを提供す
るものである。
長手状を呈する金属製梁の一側面を櫛歯状に切欠き形成
し、かつこれら複数の切欠き部のそれぞれに、電圧を印
加することによりその対応する切欠き部の隙間を拡狭さ
せるような伸縮動作を行なう圧電素子を嵌装するという
簡単な構成によって、その出力としての長手状梁の揺動
変位を大きくし得るとともに、その発生力をも大きくす
ることが可能で、種々分野における各種アクチュエータ
として用いてその効果を発揮させ得るものであり、しか
もこの効果は、上述した櫛歯状切欠き部を略逆山形形状
を呈するように切欠き形成してこれに圧電素子を嵌装す
るようにすれば、より大きいものであり、さらに上述し
た長手状梁自身の剛性により全体の強度上の信頼性を高
めることもでき、また上述した圧電素子への印加電圧を
適宜制御することにより、その変位と発生力とを自由に
可変することもできる等といった種々優れた効果を奏す
ることができる安価な圧電素子アクチュエータを提供す
るものである。
以下、本発明を図面に示した実施例を用いて詳細に説明
する。
する。
第１図は本発明に係る圧電素子アクチュエータの一実施
例を示すものであり、同図において、全体を符号１で示
す圧電素子アクチュエータは、その−側面が櫛歯状に切
欠き形成されてなる長手状を呈する金属製の梁２を備え
、この長手状梁２は、その一端が固定部３に固定保持さ
れるとともに、他端側の自由端部分２ａが所望の変位量
と発生力とにより揺動変位されて出力取り出し部となる
ように構成されている。また、この長手状梁２に形成さ
れた櫛歯状をなす複数の切欠き部４には、それぞれ、電
圧を断続して印加することにより伸縮動作を行なう圧電
素子５が嵌装され、かつこれら各切欠き部４内に接着し
て固設されてこの長手状梁２と一体的に結合されている
。そして、上述した圧電素子５は、それぞれ嵌装されて
いる長手状梁２の切欠き部４の隙間を拡狭させるように
作用するものである。なお、これら各圧電素子５は、長
手状梁２の切欠き部４内でその内方端部分を空間部とし
て残すように嵌装されており、これにより上述した隙間
の拡狭作用を円滑かつ適切に行なうことが可能となるも
のである。また、本実施例では、長手状梁２の切欠き部
４は、それぞれ平行するスリット状を呈し、かつその内
方端部分が略円形孔をなすような形状にて形成した場合
を示している。
例を示すものであり、同図において、全体を符号１で示
す圧電素子アクチュエータは、その−側面が櫛歯状に切
欠き形成されてなる長手状を呈する金属製の梁２を備え
、この長手状梁２は、その一端が固定部３に固定保持さ
れるとともに、他端側の自由端部分２ａが所望の変位量
と発生力とにより揺動変位されて出力取り出し部となる
ように構成されている。また、この長手状梁２に形成さ
れた櫛歯状をなす複数の切欠き部４には、それぞれ、電
圧を断続して印加することにより伸縮動作を行なう圧電
素子５が嵌装され、かつこれら各切欠き部４内に接着し
て固設されてこの長手状梁２と一体的に結合されている
。そして、上述した圧電素子５は、それぞれ嵌装されて
いる長手状梁２の切欠き部４の隙間を拡狭させるように
作用するものである。なお、これら各圧電素子５は、長
手状梁２の切欠き部４内でその内方端部分を空間部とし
て残すように嵌装されており、これにより上述した隙間
の拡狭作用を円滑かつ適切に行なうことが可能となるも
のである。また、本実施例では、長手状梁２の切欠き部
４は、それぞれ平行するスリット状を呈し、かつその内
方端部分が略円形孔をなすような形状にて形成した場合
を示している。
このような構成による圧電素子アクチュエータ１によれ
ば、その構成が簡単かつ安価であるにもかかわらず、そ
の出力としての長手状梁２の自由端部分２ａにおける揺
動変位出力δを大きくし得るとともに、その発生力をも
大きくすることが可能で、種々分野における各種アクチ
ュエータとして用いてその効果を発揮させ得るものであ
る。すなわち、上述した圧電素子５は、印加電圧を入力
として与えることにより歪として出力を取り出すことが
できるものであるが、その歪量は、１０’（ｇｍ）程度
の大きさであり、駆動装置として用いるにはこの変形量
をかなり増幅しなければならないものである。しかし、
本実施例のような構造を採用すると、圧電素子５単体の
歪量は小さいが、長手状梁２としての自由端部分２ａの
変位量は大きくすることが可能で、長手状梁２の幅Ｗに
よる断面形状やその長さｌによっても異なるが、２５〜
１００ ＋ｕ＋程度のストロークとして変位させること
が可能となるものである。これは、上述した構造の場合
、圧電素子５が印加電圧によりその隙間を拡げる方向に
変位したとき、長手状梁２では、素子５側の−Ｌ側は変
形される一方、その下側は変形しないため、梁２はその
曲率が変化し、図中一点鎖線で示すように円弧状に湾曲
変形するもので、その一端を固定しておけば、その自由
単部分２ａではかなりの変位量を生じる結果となるもの
である。
ば、その構成が簡単かつ安価であるにもかかわらず、そ
の出力としての長手状梁２の自由端部分２ａにおける揺
動変位出力δを大きくし得るとともに、その発生力をも
大きくすることが可能で、種々分野における各種アクチ
ュエータとして用いてその効果を発揮させ得るものであ
る。すなわち、上述した圧電素子５は、印加電圧を入力
として与えることにより歪として出力を取り出すことが
できるものであるが、その歪量は、１０’（ｇｍ）程度
の大きさであり、駆動装置として用いるにはこの変形量
をかなり増幅しなければならないものである。しかし、
本実施例のような構造を採用すると、圧電素子５単体の
歪量は小さいが、長手状梁２としての自由端部分２ａの
変位量は大きくすることが可能で、長手状梁２の幅Ｗに
よる断面形状やその長さｌによっても異なるが、２５〜
１００ ＋ｕ＋程度のストロークとして変位させること
が可能となるものである。これは、上述した構造の場合
、圧電素子５が印加電圧によりその隙間を拡げる方向に
変位したとき、長手状梁２では、素子５側の−Ｌ側は変
形される一方、その下側は変形しないため、梁２はその
曲率が変化し、図中一点鎖線で示すように円弧状に湾曲
変形するもので、その一端を固定しておけば、その自由
単部分２ａではかなりの変位量を生じる結果となるもの
である。
そして、このようにして生じる変位量と発生力は、圧電
素子５を用いているためその印加電圧により直接変位出
力として得られることとなり、作動効率のよいものであ
る。さらに、全体のばね剛性は、柔２の形状により決定
され、しかも変位に対しての剛性は、上述した長手状梁
２自身の剛性により決定され、一定の値とすることがで
きるもので、これにより全体の強度上の信頼性を高める
ことができる。また、上述した構成によれば、各圧電素
子５に対する印加電圧を制御し、任意の素子５にのみ供
給するといった種々の組み合わせにより、その変位と発
生力とを自由に可変することもできる等といった利点も
ある。そして、このような構成によれば、従来の機械式
のアクチュエータに比べて摩擦やバックラッシュ等を生
じる部材がないため、その性能面で優れているといった
利点もある。
素子５を用いているためその印加電圧により直接変位出
力として得られることとなり、作動効率のよいものであ
る。さらに、全体のばね剛性は、柔２の形状により決定
され、しかも変位に対しての剛性は、上述した長手状梁
２自身の剛性により決定され、一定の値とすることがで
きるもので、これにより全体の強度上の信頼性を高める
ことができる。また、上述した構成によれば、各圧電素
子５に対する印加電圧を制御し、任意の素子５にのみ供
給するといった種々の組み合わせにより、その変位と発
生力とを自由に可変することもできる等といった利点も
ある。そして、このような構成によれば、従来の機械式
のアクチュエータに比べて摩擦やバックラッシュ等を生
じる部材がないため、その性能面で優れているといった
利点もある。
第２図は本発明に係る圧電型アクチュエータの別の実施
例を示すものであり、この実施例では、長手状梁２の一
側面に形成される櫛歯状切欠き部１０を、それぞれ逆山
形形状を呈するように切欠き形成し、かつその内方端部
分を残して切欠き部１０の深さ方向の大部分に、節倹状
を呈する圧電素子１１を嵌装するようにした場合を示し
ている。
例を示すものであり、この実施例では、長手状梁２の一
側面に形成される櫛歯状切欠き部１０を、それぞれ逆山
形形状を呈するように切欠き形成し、かつその内方端部
分を残して切欠き部１０の深さ方向の大部分に、節倹状
を呈する圧電素子１１を嵌装するようにした場合を示し
ている。
そして、このような構成によれば、圧電素子１１が楔状
を呈しているため、その変位量は、その深さ方向におけ
る厚みに比例することとなる。したがって、このような
構成にあっては、圧電素子１１の厚みのある部分での変
位が薄い部分よりも大きいため、各切欠き部１０の長さ
全体にわたり無理なく冬用ａ、ｂの回転中心Ｏを得るこ
とができるものである。その結果、第１図に示した実施
例に比べて梁２の幅Ｗを大きく取ることができ、これに
より梁２の機械的強度をより大きくすることができると
いった利点がある。ここで、図中ｌｌａは素子１１の外
側に形成された絶縁層、ｌｌｂ、ｌｉｅはその内側に形
成されている一対の電極層である。
を呈しているため、その変位量は、その深さ方向におけ
る厚みに比例することとなる。したがって、このような
構成にあっては、圧電素子１１の厚みのある部分での変
位が薄い部分よりも大きいため、各切欠き部１０の長さ
全体にわたり無理なく冬用ａ、ｂの回転中心Ｏを得るこ
とができるものである。その結果、第１図に示した実施
例に比べて梁２の幅Ｗを大きく取ることができ、これに
より梁２の機械的強度をより大きくすることができると
いった利点がある。ここで、図中ｌｌａは素子１１の外
側に形成された絶縁層、ｌｌｂ、ｌｉｅはその内側に形
成されている一対の電極層である。
なお、本発明は上述した実施例構造に限定されず、各部
の形状、構造等を、適宜変形、変更することは自由であ
る。たとえば、上述した各実施例において、各素子５，
１１への通電量を変えたり、あるいは各素子５，１１を
並列接続して、スイッチコントロールにて適宜組み合わ
せて制御することにより、その変位量、発生力を自由に
可変し得るものである。また、上述した圧電素子５゜１
１の形状、構造などについても、種々の変形例が考えら
れるものであり、要は、梁２に形成された櫛歯状切欠き
部内に嵌装されてその隙間を拡狭し得るものであればよ
いものである。
の形状、構造等を、適宜変形、変更することは自由であ
る。たとえば、上述した各実施例において、各素子５，
１１への通電量を変えたり、あるいは各素子５，１１を
並列接続して、スイッチコントロールにて適宜組み合わ
せて制御することにより、その変位量、発生力を自由に
可変し得るものである。また、上述した圧電素子５゜１
１の形状、構造などについても、種々の変形例が考えら
れるものであり、要は、梁２に形成された櫛歯状切欠き
部内に嵌装されてその隙間を拡狭し得るものであればよ
いものである。
以上説明したように、本発明に係る圧電素子アクチュエ
ータによれば、長手状を呈する金属製梁の一側面を櫛歯
状に切欠き形成し、かつこれら複数の切欠き部のそれぞ
れに、電圧を印加することによりその対応する切欠き部
の隙間を拡狭させるような伸縮動作を行なう圧電素子を
嵌装して設けるようにしたので、簡単かつ安価な構成に
もかかわらず、その出力としての長手状梁の揺動変位量
を大きくし得るとともに、その発生力をも大きくするこ
とが可能で、これにより種々分野における各種アクチュ
エータとして用いてその効果を発揮させ得るものであり
、しかもこの効果は、上述した櫛歯状切欠き部を略逆山
形形状を呈するように切欠き形成してこれに圧電素子を
嵌装するようにすれば、より一層大きいものであり、ま
た」−述した長手状梁自身の剛性により全体の強度北の
信頼性を高めることもでき、ざらにヒ述した圧電素子へ
の印加電圧を適宜制御することにより、その変位と発生
力とを自由に可変することもできる等といった種々優れ
た効果がある。
ータによれば、長手状を呈する金属製梁の一側面を櫛歯
状に切欠き形成し、かつこれら複数の切欠き部のそれぞ
れに、電圧を印加することによりその対応する切欠き部
の隙間を拡狭させるような伸縮動作を行なう圧電素子を
嵌装して設けるようにしたので、簡単かつ安価な構成に
もかかわらず、その出力としての長手状梁の揺動変位量
を大きくし得るとともに、その発生力をも大きくするこ
とが可能で、これにより種々分野における各種アクチュ
エータとして用いてその効果を発揮させ得るものであり
、しかもこの効果は、上述した櫛歯状切欠き部を略逆山
形形状を呈するように切欠き形成してこれに圧電素子を
嵌装するようにすれば、より一層大きいものであり、ま
た」−述した長手状梁自身の剛性により全体の強度北の
信頼性を高めることもでき、ざらにヒ述した圧電素子へ
の印加電圧を適宜制御することにより、その変位と発生
力とを自由に可変することもできる等といった種々優れ
た効果がある。
第１図は本発明に係る圧電素子アクチュエータの一実施
例を示す概略側面図、第２図は本発明の別の実施例を示
すその一部を省略した要部拡大側面図である。 １・・・・圧電素子アクチュエータ、２・・・・長手状
梁、２ａ・・・・自由端、３・・・・固定部、４，１０
・・・・櫛歯状切欠き部、５゜１１・・・・圧電素子。 特許出願人 山武ハネウェル株式会社 代 理 人 山 用政樹（ほか２名） 第１図 Ｑ 【）； ２ 図１
例を示す概略側面図、第２図は本発明の別の実施例を示
すその一部を省略した要部拡大側面図である。 １・・・・圧電素子アクチュエータ、２・・・・長手状
梁、２ａ・・・・自由端、３・・・・固定部、４，１０
・・・・櫛歯状切欠き部、５゜１１・・・・圧電素子。 特許出願人 山武ハネウェル株式会社 代 理 人 山 用政樹（ほか２名） 第１図 Ｑ 【）； ２ 図１
Claims (2)
- （１）長手状梁の一側面を櫛歯状に切欠き形成し、これ
ら複数の切欠き部のそれぞれに電圧を印加することによ
り伸縮動作を行なう圧電素子を嵌装したことを特徴とす
る圧電素子アクチュエータ。 - （２）長手状梁の一側面に形成された櫛歯状切欠き部は
、それぞれ逆山形形状を呈するように切欠き形成され、
かつその深さ方向の大部分に圧電素子を嵌装したことを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の圧電素子アクチ
ュエータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59098611A JPS60245481A (ja) | 1984-05-18 | 1984-05-18 | 圧電型アクチュエータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59098611A JPS60245481A (ja) | 1984-05-18 | 1984-05-18 | 圧電型アクチュエータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60245481A true JPS60245481A (ja) | 1985-12-05 |
| JPH0449351B2 JPH0449351B2 (ja) | 1992-08-11 |
Family
ID=14224384
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59098611A Granted JPS60245481A (ja) | 1984-05-18 | 1984-05-18 | 圧電型アクチュエータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60245481A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06167646A (ja) * | 1991-02-26 | 1994-06-14 | Tesco:Kk | レンズ焦点距離の調節方式及び同方式を用いたバーコード読み取り方式 |
| EP2325909A1 (en) * | 2009-11-24 | 2011-05-25 | BAE Systems PLC | MEMS device and method of fabrication |
| WO2011064568A1 (en) * | 2009-11-24 | 2011-06-03 | Bae Systems Plc | Mems device and method of fabrication |
| US8662453B2 (en) | 2008-10-23 | 2014-03-04 | Mbda Uk Limited | Relating to air-breathing flight vehicles |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57173384A (en) * | 1981-04-20 | 1982-10-25 | Hitachi Ltd | Actuator |
| JPS58140173A (ja) * | 1982-02-15 | 1983-08-19 | Seiko Epson Corp | 固体変位装置 |
-
1984
- 1984-05-18 JP JP59098611A patent/JPS60245481A/ja active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57173384A (en) * | 1981-04-20 | 1982-10-25 | Hitachi Ltd | Actuator |
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| JPH06167646A (ja) * | 1991-02-26 | 1994-06-14 | Tesco:Kk | レンズ焦点距離の調節方式及び同方式を用いたバーコード読み取り方式 |
| US8662453B2 (en) | 2008-10-23 | 2014-03-04 | Mbda Uk Limited | Relating to air-breathing flight vehicles |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0449351B2 (ja) | 1992-08-11 |
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