JPS631385A - 圧電セラミツク・アクチユエ−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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、圧電セラミックと機械的作動機構を組合わせ
た圧電セラミック・アクチュエータ（作動子）に関する
ものである。

〔発明の概要〕

本発明は、圧電セラミック・アクチュエータにおいて、
圧電セラミックの一端が固着された静止固定部と可動作
用部との間に粘性流体を保持させることにより、可動作
用部の共振現象をなくし平坦な振幅一周波数特性を得る
ようにしたものである。

〔従来の技術〕

第５図は、従来の圧電セラミック・アクチュエータの一
例を示す斜視図である。同図において、（１）は積層圧
電セラミック（縦効果型）　、（２１は電極、゛（３）
はリード線、（４）は積層圧電セラミックの上部台座、
（５）は同下部台座、（６）は静止固定部としての固定
金具、（７）は力受け金具、（８）は第１ばね、（９）
は第２ばね、（１０）は第３ばね、（１１）は可動作用
部としてのレバー、（１２）は取付穴を示す。

単ｊ偶の圧電セラミックの上下に電極を設け、上下電極
方向に分極処理を施した後両電極間に電圧を印加すると
、圧電セラミックの分搗方向の長さしが伸び、その厚さ
及び幅は縮まる。これを縁効果という．積層圧電セラミ
ソクは、分極方向の長さを極端に薄く！とした単層圧電
セラミソクをｎ層重ね合わせたもので、各層の電極は１
層おきに接続してあり電圧が各層に並列に印加されるた
め、全体の長さＬ　（＝　ｎＪ）の変化分ΔＬが大きく
なり効率がよい特長を有する。

第５図において、積層圧電セラミック（１）にリード線
（３）を介して電圧が印加されると、圧電セラミック＋
１１は矢印で示す方向に伸びて力を伴った直線変位をす
る。この直線変位は、固定金具（６）を基準とし上部台
座（４）を介して力受け金具（７）を押上げる．この力
と変位は、第ｌばね（８），第２ばね（９）に伝達され
、第３ばね（１０）と協動してレバー（１ｌ）を矢印で
示す主方向に動かず．電圧が交流の場合、レバー（１１
）は主方向に振動する．このレバー（１ｌ）の変位と力
がアクチュエータとしての機能を担うことになる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

一般に、アクチュエー夕は高速で繰返して（ａ１周波で
）使われることが多い．したがって、入力電圧は１００
〜６００Ｈｚの交流電圧となるが、交流電圧入力と変位
の関係は第６図のようになる．同図Ａは人力交流電圧■
の位相、同図Ｂは電圧■の位相に対応ずる変位ΔＬを示
す。このようにアクチュエー夕を高周波で使う場合、第
１，第２及び第３ばね（８１．　（９１，　　（１０）
の各ばね定数Ｋ１．Ｋ２．Ｋ３及び上部台座（４），力
受け金具（７），レバー（１ｌ）の慣性により、第１〜
第３ばねはそれぞれ異なる共振周波数をもつことになる
。その結果、圧電セラミック・アクチュエータの振幅一
周波数特性に第７図に示すような多くの共撮点が現われ
る。これご各共振点は入力電圧に比例した振幅とならな
いので、共振点付近では入力電圧でレバー主方向の振幅
を制御できない。また、共振点では、第５図に矢印で示
すように主方向と直角の方向に横振れを生じる．共振や
横振れ現象は、アクチュエー夕としての機能を失わせる
だけでなく、アクチュエー夕の各部分に必要以上の大き
な応力が加わり、熔接外れ，ばね破損及び圧電セラミッ
クの破損などを引起こす． したがって、本発明は、上述の点に鑑み、可動作用部先
端の振れに現われる共振や横振れをなくし、平坦な振幅
一周波数特性を得ようとするものである． 〔問題点を解決するための手段〕 本発明は、圧電セラミックの一端が固着された静止固定
部と可動作用部との間に粘性流体が保持される手段（狭
隙形成手段）を設け、この粘性流体により可動作用部に
速度に比例する制動をかけるようにした。

〔作用〕

司動作用部が入力電圧により変位運動をすると、流体内
に流体粘度による剪断力が発生する。この剪断力は、静
止固定部に対する可動作用部の速度に比例する。第７図
の共振点では速度が大きく変化しているので、上記構成
によれば、速度に比例して剪断力も太き《変化し可動作
用部に所望の制動がかかることになる． したがって、振幅一周波数特性における共１辰点が消滅
ないし減少し、横振れもなくなる。

〔実施例〕

第１及び第２図は、本発明の好通な実施例を示す斜視図
及び上面図である。同図において、第５図と対応する部
分には同一の符号を付して重複説明を省略する．固定金
具（６）に、レバー（１１）に対向する延長部（６′）
を設ける。レバー（ｌ１）にも、この固定金具の延長部
（６′）に向かう突出部（１１’）を設ける。固定金具
の延長部（６′）の両側面に、それぞれレバー突出部（
１１’）に対向する制動扱（１３）を例えば熔接により
取付ける．制動坂（１３）とレバー突出部（１１’）の
寸法は、両者の間に制動用の粘性流体（１５）を保持さ
せるための狭隙ができるように定める．例えば、固定金
具の延長部（６′）の厚さとレバー突出部（１１’）の
厚さが同じ場合、第３図に示すように制動板（１３）に
段差（ｌ４）を設ける。第３図では、制動坂（１３）の
厚さを一様として段差（１４）を設けた例を示したが、
上部と下部とで厚さの異なる制動坂を用いてもよい．或
いは、制動板（１３）を平板状としレバー突出部（１１
’）の厚さを固定金具延長部（６′）より僅かに小さく
してもよい．また、制動板（１３）とレバー突出部（１
１’）が対向する面積をなるべく大きくずる．制動板（
１３）とレバー突出部（１１’）間の小間隙に満たす制
動用粘性流体（１５）は、レバー突出部（１１’）や制
動板（１３）の金属を侵さないものであれば何でもよい
が、一般的には安定で不揮発性のシリコンオイルや磁性
流体がよい。また、粘性流体（１５）は、レバー突出部
（　１　１’）と制りＪ板（１３）間の隙間の回りが開
放されていても、隙間が僅かであるため、表面張力によ
り隙間内に保持されて流出しない．レバー突出部（１１
’）や制動板（１３）の粘性流体（１５）と接する面に
摩擦係数の小さい物質でコーティングを施しておけば、
更に万全である． 上述のような構成により、交流電圧が印加され積層圧電
セラミック（１）の直線変位がレバー（ｌ１）したがっ
て突出部（１１’）を矢印の主方向に振らすときに、レ
バー（１１）の運動速度に比例して制動がかかるので、
共振現象及び横振れ現象が消滅する．第４図に、本発明
による振幅一周波数特性を示す．同図において、振幅が
減衰し始める周波数は約６００Ｈｚである。

上述の実施例では縦効果型の積層圧電セラミックを用い
た場合を示したが、本発明は横効果型の積層圧電セラミ
ックを用いる場合にも適用できる．また、制動板は、固
定金具延長部（６′）の片面にだけ取付けてもよい。磁
性流体を制動流体として用いる場合、制動Ｆｉ（１３）
とレバー突出部（１１’）を通る磁路を設ければ、制動
流体の保持に有効である．更に、力受け金具《７》にも
同様な制動を施した構造としてもよい。また、固定金具
延長部（６′）及びレバー突出部（１１’）の厚みを第
１図の例より薄くシてもよい。なお、レバー（１１）の
方にレバー突出部（１１’）の代わりに制動板を取付け
、固定金具延長部（６′）にこの制動板に対向する突出
部を設けるようにすることもできる。その他、本発明は
、特許請求の範囲内において種々の変形・変更をしうる
ものである． 〔発明の効果〕 以上説明したとおり、本発明によれば、次の如特性とな
るので、常に入力電圧により可動作用部先端の振幅を制
御しうる． （口）共振が抑えられ異常に高い応力の発生がなくなる
ので、寿命及び信頼性の点で著しく改善される． （ハ）横振れ現象が解消きれる． （二）振動音が小さくなる．

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好適な実施例を示す斜視図、第２図は
第１図の上面図、第３図は本発明に用いる制動坂の例を
示す斜視図、第４図は本発明による振幅一周波数特性図
、第５図は従来例を示す斜視図、第６図は交流電圧入力
と変位との関係を示す図、第７図は従来例による振幅一
周波数特性図である． （１）・・・・圧電セラミック、（３）・・・・リード
線、（６）・・・・静止固定部、（１１）・・・・可動
作用部、（１５）・・・・粘性流体、（６’　，　１１
’　．　１３）・・・・静止固定部《６》とＩ′ＩＪ動
作用部（１５）との間に粘性流体（１５）を保持する手
段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　静止固定部に一端が固着された圧電セラミックに電圧
   を印加したときに生じる変位により可動作用部を変位さ
   せるようにした圧電セラミック・アクチュエータにおい
   て、 上記静止固定部と上記可動作用部との間に粘性流体を保
   持する手段を設け、上記可動作用部に変位運動の速度に
   比例する制動をかけることを特徴とする圧電セラミック
   ・アクチュエータ。