JPS62230069A

JPS62230069A - Driving device

Info

Publication number: JPS62230069A
Application number: JP61074465A
Authority: JP
Inventors: Takao Saeki; 佐伯　孝夫
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 1986-03-31
Filing date: 1986-03-31
Publication date: 1987-10-08

Abstract

PURPOSE:To reduce the size and to increase the displacement occurring distance of a driving device by applying an electric energy of frequency proper for a piezoelectric actuator to repeat a displacement synchronously with the frequency, and resonating spring means and a mass unit with the frequency. CONSTITUTION:A piezoelectric actuator 1 is formed by superposing a plurality of piezoelectric elements in their thicknesswise direction. One end of the actuator l is secured to a predetermined housing wall 4. A spring 2 of spring means is secured to the other end of the actuator 1. A weight 3 of a mass unit is secured to the other end of the spring 2. When a high voltage is applied to the actuator 1, the thicknesswise size is increased by several tens mum. When the applied voltage is set to zero, it is returned to the original state. Accordingly, a high voltage is alternately applied and removed to periodically displace the actuator 1. Thus, the weight 3 is vibrated by bringing the resonance frequencies of the spring 2 and the weight 3 in coincidence with the displacing frequency of the actuator 1. Thus, the vibration of the weight 3 is increased in the displacement by the spring 2. Only the spring and the weight are used to be reduced in size.

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は圧電素子を用いた駆動装置に関する。[Detailed description of the invention] [Purpose of the invention] (Industrial application field) The present invention relates to a drive device using a piezoelectric element.

本発明による駆動装置は、所定の往復動作を必要とする
装置、例えばポンプ等に使用できる。The drive device according to the invention can be used in devices that require a predetermined reciprocating motion, such as pumps.

（従来の技術）薄板状の圧電素子をその厚み方向に多数重ねたものに電
圧を印加すると、その厚み方向の寸法がわずかに増大す
る。例えば、直流４００ｖで４０μｍの寸法変化を生ず
るものが市販されている。(Prior Art) When a voltage is applied to a large number of thin plate-like piezoelectric elements stacked in the thickness direction, the dimension in the thickness direction increases slightly. For example, there are commercially available products that cause a dimensional change of 40 μm at 400 V DC.

この寸法変化はわずかであるが、この圧電アクチュエー
タは１００μｓｅｃ程度と応答速度が非常に速い。従っ
て、高速駆動を行う駆動装置に適している。（発明が解
決しようとする問題点）上述したようどこ、圧電アクチ
ュエータは応答速度に優れているが、反面その変位発生
量が小さい。Although this dimensional change is slight, this piezoelectric actuator has a very fast response speed of about 100 μsec. Therefore, it is suitable for a drive device that performs high-speed drive. (Problems to be Solved by the Invention) As mentioned above, piezoelectric actuators have excellent response speed, but on the other hand, the amount of displacement generated is small.

そこで、例えば、テコの原理を利用した変位拡大機構を
併用することが提案されている。ところが、テコの原理
を利用した変位拡大機構で、大きな変位を発生させるた
めには、テコを形成する部分にある程度の長さが必要で
ある。従って、駆動装置自身が比較的大きくなるもので
あった。Therefore, for example, it has been proposed to use a displacement amplifying mechanism that utilizes the principle of a lever. However, in order to generate a large displacement with a displacement amplifying mechanism that uses the principle of a lever, the portion that forms the lever needs to have a certain length. Therefore, the drive device itself is relatively large.

そこで、本発明は、小型でかつ変位発生量の大きな駆動
装置とすることを目的とする。Therefore, an object of the present invention is to provide a drive device that is small in size and generates a large amount of displacement.

[Structure of the invention]

（問題点を解決するための手段）本発明はミ□圧電素子をその厚み方向に複数個重ねて形
成した圧電アクチュエータと、該圧電アクチュエータの
一端に、該圧電アクチュエータの変位方向と同一方向に
配されたばね手段と、該ばね手段の他端に配された質量
体を備える。(Means for Solving the Problems) The present invention provides a piezoelectric actuator formed by stacking a plurality of piezoelectric elements in the thickness direction, and a piezoelectric actuator arranged at one end of the piezoelectric actuator in the same direction as the displacement direction of the piezoelectric actuator. and a mass disposed at the other end of the spring means.

（作用）これによれば、圧電アクチュエータに適当な周波数の電
気エネルギーを付与すると、圧電アクチュエータは該周
波数に同期して変位を繰り返す。(Function) According to this, when electric energy of an appropriate frequency is applied to the piezoelectric actuator, the piezoelectric actuator repeats displacement in synchronization with the frequency.

そして、ばね手段および質量体をこの周波数に共振させ
ることで、圧電アクチュエータの変位を拡大して質量体
に伝達することができる。By causing the spring means and the mass body to resonate at this frequency, the displacement of the piezoelectric actuator can be expanded and transmitted to the mass body.

（実施例）以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。第１図
に、本発明の一実施例を示す。圧電アクチュエータ１は
、複数の圧電素子をその厚み方向に重ねて形成したもの
である。圧電アクチュエータ１の一端は、所定のハウジ
ング壁４に固定されている。また、圧電アクチュエータ
１の他端には、ばね手段であるばね２が固定されている
。そして、ばね２の他端に質量体であるおもり３が固定
されている。(Example) Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. The piezoelectric actuator 1 is formed by stacking a plurality of piezoelectric elements in the thickness direction. One end of the piezoelectric actuator 1 is fixed to a predetermined housing wall 4. Further, a spring 2 serving as a spring means is fixed to the other end of the piezoelectric actuator 1. A weight 3, which is a mass body, is fixed to the other end of the spring 2.

以上の構成により、圧電アクチュエータ１に高電圧を印
加すると、その厚み方向の寸法が敗軍μｍ程度大きくな
る。印加電圧を零とすると、元の状態に戻る。従って、
高電圧の印加と解除を交互に高速で行うことにより、圧
電アクチュエータ１が周期的に変位する。そこで、ばね
２及びおもり３の共振周波数を圧電アクチュエータ１の
変位周波数と一致させることで、おもり３が振動する。With the above configuration, when a high voltage is applied to the piezoelectric actuator 1, the dimension in the thickness direction increases by approximately μm. When the applied voltage is reduced to zero, it returns to its original state. Therefore,
By alternately applying and releasing a high voltage at high speed, the piezoelectric actuator 1 is periodically displaced. Therefore, by making the resonance frequencies of the spring 2 and the weight 3 match the displacement frequency of the piezoelectric actuator 1, the weight 3 vibrates.

おもり３の振動はばね２によりその変位が拡大される。The displacement of the vibration of the weight 3 is magnified by the spring 2.

次に、上述した駆動装置を流体ポンプに応用した例を第
２図に示す。圧電素子をその厚み方向に重ねて形成した
圧電アクチュエータ１１は、その一端がハウジング・カ
バー１２に固定されている。Next, FIG. 2 shows an example in which the above-described drive device is applied to a fluid pump. A piezoelectric actuator 11 formed by stacking piezoelectric elements in the thickness direction has one end fixed to a housing cover 12.

圧電アクチュエータ１２への通電を制御するリード線１
３は、このハウジング・カバー１３を介して外部へ導か
れている。ハウジング・カバー１３はポンプ・ハウジン
グ１４に固定されている。ポンプ・ハウジング１４の下
部には、入力ポート１４ａおよび出カポ−）１４ｂが形
成しである。そして、それぞれのボート１４ａ、１４ｂ
には、流体を一方向に流すための弁１５ａ、１５ｂが設
けである。Lead wire 1 that controls energization to the piezoelectric actuator 12
3 is guided to the outside via this housing cover 13. Housing cover 13 is fixed to pump housing 14. The lower portion of the pump housing 14 is formed with an input port 14a and an output port 14b. And each boat 14a, 14b
are provided with valves 15a and 15b for allowing fluid to flow in one direction.

圧電アクチュエータ１１の他端には、プレート１６が固
定されている。ポンプ・ハウジング１４内部には、ピス
トン１７が摺動可能に配設されている。また、ピストン
１７の外周には、シール部材１８が配しである。そして
、プレート１６とピストン１７との間にばね１９が配設
しである。この例では、質量体はピストン１７自身であ
る。A plate 16 is fixed to the other end of the piezoelectric actuator 11. A piston 17 is slidably disposed inside the pump housing 14 . Further, a seal member 18 is arranged around the outer periphery of the piston 17. A spring 19 is disposed between the plate 16 and the piston 17. In this example, the mass is the piston 17 itself.

以上の構成により、圧電アクチュエータ１１に所定の周
波数で高電圧を付与すると、圧電アクチュエータ１１の
振動は、プレート１６によりばね１９に伝達される。こ
のとき、ばね１９とピストン１７とにより決まる共振周
波数で圧電アクチュエータ１１を振動させると、ピスト
ン１７が同一周期で振動する。ピストン１７が図示上方
に移動すると、弁１５ａを介して流体が入力ポート１４
ａより吸引される。ピストン１７が図示下方に移動する
と、弁１５ａは閉となり、弁１５ｂが開となって、出力
ポート１４ｂより流体が吐出される。With the above configuration, when a high voltage is applied to the piezoelectric actuator 11 at a predetermined frequency, the vibration of the piezoelectric actuator 11 is transmitted to the spring 19 by the plate 16. At this time, when the piezoelectric actuator 11 is vibrated at a resonance frequency determined by the spring 19 and the piston 17, the piston 17 vibrates at the same period. When the piston 17 moves upward in the figure, fluid flows into the input port 14 via the valve 15a.
It is attracted from a. When the piston 17 moves downward in the figure, the valve 15a is closed, the valve 15b is opened, and fluid is discharged from the output port 14b.

〔Effect of the invention〕

以上の如く、本発明によれば、圧電アクチュエータの変
位を拡大して出力することができる。また、ばね及びお
もりを用いるのみであり、装置自身を比較的小型にでき
る。また、ばねを用いるため、駆動装置により駆動され
る対象物との距離が変化しても、その変化を吸収して駆
動力を伝達することが可能である。As described above, according to the present invention, the displacement of the piezoelectric actuator can be expanded and output. Further, since only a spring and a weight are used, the device itself can be made relatively compact. Further, since a spring is used, even if the distance to the object driven by the drive device changes, the change can be absorbed and the driving force can be transmitted.

[Brief explanation of drawings]

第１図は本発明の駆動装置の一実施例を示す断面図、第
２図は本発明の第２実施例を示す断面図である。１．１１・・・圧電アクチュエータ、２，１９・・・ば
ね（ばね手段）、３・・おもり（質量体）、１６・・・
プレート、１７・・・ピストン（質量体）FIG. 1 is a cross-sectional view showing one embodiment of the drive device of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view showing a second embodiment of the present invention. 1.11... Piezoelectric actuator, 2, 19... Spring (spring means), 3... Weight (mass body), 16...
Plate, 17... Piston (mass body)

Claims

[Claims]

A piezoelectric actuator formed by stacking a plurality of piezoelectric elements in the thickness direction; a spring means disposed at one end of the piezoelectric actuator in the same direction as the displacement direction of the piezoelectric actuator; and a spring means disposed at the other end of the piezoelectric actuator. Equipped with a mass body,
A drive device that uses the mass body as its output.