JPS6065968A - 湾曲型圧電アクチユエイタ− - 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】 本発明は圧電アクチェエイターの改良に係り、高感度の
アクチェエイターを提供することを目的とする。

従来の圧電アクチェエイターには、積層型とバイモルフ
型とがあった。積層型は厚さ方向に分極された薄型を積
層し、電圧の印加によって厚さ方向の変位じ生させる素
子である。変化する力はきわめて強いが変位量が小さく
、厚さの０．３％が限度である。一方、バイモルフ型は
変位量は大きいが、変位力がきわめて小さく、保持力も
小さいので耐振性ば悪し、しかも、電気機械変換効率も
低いという欠点があった。

また本発明者らは先に湾曲型のセラミックスビーカーを
開発しオーディオ電気信号に対する高感度のスピーカー
を提案したが、アクチュエイターとしての駆動力は弱く
しかも音が邪魔になる。

この発明は上述した従来技術の欠点を解消するもので、
表裏両面に電極を有する圧電薄板を湾曲変形させ、その
外周部を枠体に嵌合した構造にし、電極間に印加された
電気信号で面に垂直な変位を発生することを特徴とする
湾曲型圧電アクチーエイターによって目的を達成したも
のである。以下本発明の実施例を図面に従って説明する
。

実施例１ 第１図に示すよ５Ｋ、直径４０龍、厚さ０．５　ｍｍの
分極済圧電セラミック円板１をＲ＝　２５０　ｔｎｍの
曲率半径を有する部分球殻状に変形した。圧電セラミッ
クはＰｂ　（Ｚｒ　Ｔｉ　）　０．系で、圧電定数ｄｓ
、＝　２８０ｐｍ／％ｒの電！２の付いた円板１である
。球殻変型した凸面板を外径４４龍、内径４０ｓｍｔ厚
さ２朋のステンレスリング３に嵌合し、田辺に沿って接
着剤で固定し、両面の電極２０周辺部にそれぞれリード
線４および５を半田付けした。セラミック円板１の凹面
側力ら、直径４４酎、厚さ０．２　ｍのステンレス円板
６を接着固定して、湾曲型圧電アクチュエイターができ
上った。リード線４，５間に交流１０ボルト程度の電圧
を印加すると凸面板が振動し、表面に粉体なのせるとこ
れを吹き上げることができる。

この効果は印加電圧の周波数が共振周波数になるときわ
めて激げしくなるが、共振周波数が２　ＫＨｚ附近であ
るため大きな音の出るのが欠点である。

実施例２ 第１図に示した実施例１の湾曲型圧電アクチェエイター
２個を、凸面の中心部同志で接着するとステンレス円板
６でサンドイッチされた２個のリング状のバネになる。

ただし、片面のステンレス板６は直径が５０鮎でケース
７を兼用している。ケース７の深さは内側で４．５　ｙ
ｘ＊であり、ケースの縁は直径６０朋の円板状になって
おり４ケ所にネジ孔がおいている。他面のステンレス板
６の中心部には直径２關高さ１．２關の突起８が設けら
れ、厚さ１　ｍｍの壁板ｌＯの孔に嵌め込んだ状態でネ
ジ９で同定した。突起８は常時壁面より約０．１ｍ出て
いるので壁面に沿ったスライドピン１１をフックしてい
るが、アクチュエイターに電圧を印加するとフックが瞬
時にはずれ、ピン１１が約ｌＯ朋スライドし壁面上の板
１２を移動できた。

実施例３ 上述したステンレスリング３ＫＭ曲変形した圧電セラミ
ック円板１を凹面が向き合うように、両側から嵌合固定
し、凸面が外側を向いた湾曲型圧電アクチュエイターを
作った。これは多段重ねのアクチュエイターの基本ユニ
ットであり例えば第３図に示すように３個重ね、さらに
その両側から第１図のアクチュエイターでサンドインチ
し、凸面板の中心部を接着した。両側のステンレス板６
゜７を強く圧すとバネが縮み全体で１１ｉ＋ｍの高さに
なる。ここでステンレス板６は直径４４龍、厚さ０．５
朋であり、ステンレス板６は外径４６闘のケース７を兼
ねた０、５　＋ｕ＋厚の板であり、２分割してアクチュ
エイターを挿入する。ステンレス板６の外周とケース７
０間にゴム質のクッション１３を用いる。

これで液体ポンプ用モーターができたわけで、５０　Ｈ
ｚ　１００ボルトの電圧を印加するとステンレス板６が
振動板となり振幅数ミＩＪの振動が得られ、ポンプ用に
利用できる超薄型モータとして有用である。ケースに入
れたことにより必要以上の振動変位が生じないよう規制
されたので、セラミック板が割れることがなくなり、さ
らにゴムクッション１３によるプリストレスは、直流電
圧の繰り返し印加に対する変位の大きな履歴現象を削減
した。

実施例４ 上述の実施例はすべて円板を用いたが、アクチーエイタ
ーとしては角板をかまぼこ状に湾曲した圧電板を用いた
ものも有用であり、第４図に４０ｍ１＋Ｘ　２０　ｍ　
Ｘ　Ｏ，５龍のセラミック板１を用いた単一素子〔同図
（ａ）参照〕、２枚一対の素子〔同図（ｂ）参照〕。

多段重ねの素子〔同図（Ｃ）参照〕を例示した。

以上説明したように、表裏両面に電極を有する圧電薄板
を湾曲変形させその外周部を枠体に嵌合した構造にし、
電極間に印加された電気信号で面に垂直な変位を発生さ
せる構成にしたから、座屈バネの変位拡大化機構の原理
にもとづき、比較的低電圧で大変位を得る効果がある。

しかも、バネとして見たとき周辺固定型であるから、バ
ネ定数が大きく硬いバネとして作用するので静止保持力
が強く、外部振動の影響を受けに（い点か特徴である。

また、多段重ね型で、ゴム質のバネなどで予衿抑圧され
ているプリストレス型の場合は、印加電圧に対する変位
の応当に履歴現象の少ないことが特徴である。さらに、
大振幅動作を行わせた場合、負荷が急変したときなど振
幅が大きくなり過ぎて、セラミック湾曲板が割れてしま
う現象がしばしば見られるが、ケースなどを用いて振幅
が一定値以上に広がらないように制限することＫよって
セラミックが割れる事故を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）　＊　（ｂ）は本発明による円板型湾曲圧
電アクチユエイタ−の原理説明図、第２図は本発明によ
る湾曲型圧電アクチュエイターを７ツクバネに応用した
例を示す説明図、第３図は本発明による湾曲型圧電アク
チュエイターを多段に重ねた一実施例を示す断面図、第
４図（ａ）　、　（ｂ）　＊　（Ｃ）は本発明による湾
曲型圧電アクチーエイターの別の各実施例を示す説明図
である。 １・・・・・・圧電セラミック板、２・・・・・・電極
、３・・・・・・リング、６・・・・・・ステンレス板
、７・・・・・・ケース。 ′ｔ　１　口 才　２ｒ：１Ｉ ７３　悶 す　４　躬

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）表裏両面に電磁を有する圧電薄板を湾曲変形させ
   、その外周部を枠体に嵌合した構造にし、電極間に印加
   された電気信号で面に垂直な変位を発生することを特徴
   とする湾曲型圧電アクチェエイター。 （２、特許請求の範囲第（１）項記載の湾曲型圧′成ア
   クチェエイター２個をそれぞれ凸面中心部同志接合する
   ことにより、電気信号に対してより大きな枠体間隔の変
   位を生じさせることを特徴とする湾曲型圧電アクチェエ
   イター。 （３）特許請求の範囲第（２）項記載の湾曲型圧電アク
   チェエイターの複数個を枠体同志結合し、両端の枠体の
   最外部同志間に、電気信号に対する大きな変位を生じさ
   せることを特徴とする多段重ねの湾曲型圧電アクチーエ
   イター。 （４）特許請求の範囲第（３）項記載の多段重ねの湾曲
   型圧電アクチェエイターにおいて枠体間の距離が必要以
   上に拡がり、セラミックが破壊することのないよう伸び
   の制限機構をそなえたことを特徴とする多段重ねの湾曲
   型圧電アクチェエイター。 （５）特許請求の範囲第（４）項記載の多段重ねの湾曲
   型圧電アクチェエイターにおいて、振動板と伸び制限機
   能を果すケースなどの間にバネ作用を有する物体を挿入
   し、アクチェエイターにプリストレスを与えることによ
   り、印加電圧に対する伸びの応答性における履歴現象を
   少なくしたことを特徴とした多段重ねの湾曲型圧電アク
   チーエイター。