JPS63169779A - 圧電アクチユエ−タの変位拡大構造 - 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、圧電アクチュエータの変位量を所望の変位量
に拡大する変位拡大構造に関する。

（従来の技術） 近時、マイクロコンピュータ等の発達により装置の自動
制御技術にめざましい進歩が見られる。

これに伴って、アクチュエータに対して高い応答性およ
び信頼性が求められており、これらの観点から圧電アク
チュエータが注目されている。このような圧電アクチュ
エータは、例えば、車両における減衰力可変型液圧緩衝
器の減衰力切換バルブを駆動するアクチュエータとして
用いられている。

ところが、圧電アクチェエータは変位量が小さくあまり
実用的ではないため、変位量拡大構造を用いて対応を図
っている。

従来のこの種の圧電アクチュエータの変位拡大構造とし
ては、例えば、「圧電／電歪アクチュエータ」森北出版
■、１９８６年７月１日発行、８５項に記載のものがあ
り、第４図のように示される。同図において、１はハウ
ジングであり、ハウジング１内には入力側シリンダ２お
よび出力側シリンダ３が形成されている。入力側シリン
ダ２内には積層型の圧電アクチュエータ４が設けられて
おり、圧電アクチュエータ４の先端部にはオイルシール
５を介して入力側ピストン６が摺動自在に設けられてい
る。一方、出力側シリンダ３内にはオイルシール７を介
して出力側ピストン８が摺動自在に設けられ、入力側シ
リンダ２、入力側ピストン６、出力側シリンダ３および
出力側ピストン８によって形成された作動室９内には変
位量を拡大する充填部材として作動油が封入されている
。そして、圧電アクチュエータ４に電圧が印加されると
、微少（例えば、数μｍ〜２０μｍ）の変位が生じ、こ
の変位により入力側ピストン６は変位と同量だけ入力側
シリンダ２内を出力側シリンダ３側に摺動する。このと
き、入力側ピストン６の変位は作動油を介して出力側ピ
ストン８の変位に変換される。

ここで、圧電アクチュエータ４の変位量をΔ１１、入力
側シリンダ２の直径ｄＩ、出力側シリンダ３の直径をｄ
２とすると出力側ピストン８の変位置Δ１２は次式によ
って求められる。

すなわち、出力側ピストン８の変位量は入力側シリンダ
２と出力側シリンダ３の断面積比から、圧る。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような従来の圧電アクチュエータの
変位拡大構造にあっては、作動室９内に充填部材として
作動油を封入する構成となっていたため、作動油を密閉
するためのシール構造が必要になるとともに、作動油が
蒸発によって減少するので作動油の供給が必要となる。

したがって、構造が複雑になるとともに性能の維持が難
しくなる。その結果、コストの高騰を招くとともに、耐
久性および信頼性を低下させるという問題点があった。

（発明の目的） そこで本発明は、圧電アクチュエータの作動室内に圧電
アクチェエータの変位を変換する作動液体の封入された
プラグを充填部材として装着することにより、シールの
構造を廃止して構造の簡素化を図り、コストの低減およ
び耐久性、信軌性の向上を図ることを目的としている。

（問題点を解決するための手段） 本発明による圧電アクチュエータの変位拡大構造は上記
目的達成のため、圧電アクチュエータの変位を伝達する
入力側ピストンと、入力側ピストンを摺動自在に支持す
る入力側シリンダと、入力側シリンダより小さい断面積
を有し、入力側シリンダと連続して形成された出力側シ
リンダと、出力側シリンダ内に摺動自在に設けられた出
力側ピストンと、入力側シリンダと出力側シリンダを連
結する連結部と、入力側ピストン、入力側シリンダ、出
力側ピストン、出力側シリンダおよび連結部により形成
された作動室と、を備え、圧電アクチュエータの変位を
作動室内の充填部材により拡大する圧電アクチュエータ
の変位拡大構造において、前記作動室内に作動液体の封
入されたプラグを充填部材として装着している。

（作用） 本発明では、作動室内に圧電アクチュエータの変位を変
換する作動液体の封入されたプラグが充填部材として装
着され、この作動流体およびプラグの非圧縮性によりへ
入力側ピストンと出力側ピストンの断面積比だけ拡大さ
れた変位が得られる。

したがって、シール構造が廃止されて構造の簡素化が図
られ、コストの低減および耐久性、信頼性の向上が図ら
れる。

（実施例） 以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第１〜３図は本発明の一実施例を示す図である。

まず、構成を説明する。第１〜３図において、１１はハ
ウジングであり、ハウジング１１内には円柱状に形成さ
れた積層型の圧電アクチュエータ１２が装着されており
、圧電アクチュエータ１２の一端側はバックアッププレ
ート１３を介しカシメ部１１ａによってカシメ固定され
る。圧電アクチュエータ１２は電源を接続するためのハ
ーネス１２ａを有しており、ハーネス１２ａはハウジン
グ１１と干渉しないよう切欠きｌｌｂより引き出される
。圧電アクチュエータ１２の他端側のハウジング１１内
部には入力側シリンダ１４が形成されており、入力側シ
リンダ１４内には入力側ピストン１５が摺動自在に設け
られている。入力側ピストン１５は圧電アクチュエータ
１２の端面に当接しており、圧電アクチュエータ１２の
変位を伝達する。入力側シリンダ１４には連結部１６を
介して出力側シリンダ１７が連続して形成されており、
出力側シリンダ１７は入力側シリンダ１４より小さな直
径で形成されている。出力側シリンダ１７内には出力側
ピストン１８が摺動自在に設けられており、出力側ピス
トン１８の先端部には第１図（ｂ）に詳示するように凹
球面１８ａが滑らかな略半球状に形成されている。連結
部１６は略Ｕ字状に形成されており、入力側シリンダ１
４内と出力側シリンダ１７内を連通している。入力側シ
リンダ１４、入力側ピストン１５、連結部１６、出力側
シリンダ１７および出力側ピストン１８は作動室１９を
形成しており、作動室１９内には充填部材として作動液
体２０の封入されたプラグ２１が装着されている。作動
液体２０はオイル等の非圧縮性の液体が用いられ、プラ
グ２１は弾性および非圧縮性を有するゴム等によって作
動室１９と略同−形状、略同一体積に形成されている。

プラグ２１の出力側シリンダ１７側には凹球部２１ａが
形成されており、凹球部２１ａ内には出力側ピストン１
８の球面１８ａが突出し当接している。したがって、圧
電アクチュエータ１２の変位は入力側ピストン１５、作
動液体２０およびプラグ２１に伝達され、その変位は作
動液体２０およびプラグ２１の変形によって出力側ピス
トン１８に伝達される。

出力側ピストン１８はフランジ部１８ｂを有しており、
フランジ部１８ｂには板状のスプリング２２が当接して
いる。スプリング２２はキャップ２３によって支持され
ており、出力側ピストン１８を作動室１９側に押圧する
。キャップ２３はハウジング１１に嵌合し固定されてお
り、スプリング２２を支持するとともに出力側ピストン
１８の軸方向の移動を規制する。

２４はハウジング１１の外周部に設けられた０リングで
あり、ハウジング１１と図外の取付機体との間隙をシー
ルをする。

このような圧電アクチュエータは例えば液圧緩衝器にお
いては減衰力を変化させるアクチュエータとして用いら
れる。

次に、上記圧電アクチュエータの作用について説明する
。

圧電アクチュエータ１２にハーネス１２ａより駆動電圧
が印加されると、圧電アクチュエータ１２内の電解誘起
歪みにより軸方向に変位が生じ全長が増加する。第３図
に示すように、この変位は入力側ピストン１５を作動室
１９側に移動させ、プラグ２１内の作動液体２０の圧力
を高めて凹球部２１ａを外方に変形させ、出力側ピスト
ン１８をスプリング２２の押圧力に反して軸方向に変位
させる。

このときの入力側ピストン１５と出力側ピストン１８の
変位量の関係は、入力側ピストン１５の変位量をΔ１１
、出力側ピストン１８の変位量をΔ１２、入力側ピスト
ン１５の直径をｄ、、出力側ピストン１８の直径をｄｔ
とすると次式のようになる。

例えば、ｄ＋　＝１２ｎ＋、　　ｄｚ　＝　１．２ｍｍ
のときΔｌｌ＝　５　ｐ　ｍ　＝０．００５　ｔｍとす
ると、となる。

すなわち、作動液体２０およびプラグ２１は入力側ピス
トン１５の押圧によって変形するが、非圧縮性のため体
積変化はない。そのため、入力側ピストン１５の変位量
は入力側ピストン１５と出力側ピストン１８の断面積比
だけ拡大され、出力側ピストン１８の変位量として出力
される。したがって、従来のもののようなシール構造が
不用となり、構造の簡素化を図ることができ、その結果
、コストの低減および耐久性、信頼性の向上を図ること
ができる。

一方、充填部材として作動液体２０の封入されたプラグ
２１を用いているため、プラグ２１の変形の際の抵抗お
よび作動室１９とプラグ２１のすべり抵抗による出力損
失および発熱が考えられる。ところが、プラグ２１に凹
球部２１ａを形成するとともに、出力側ピストン１８の
端面に滑らかな球面１８ａを形成し、この球面１８ａを
凹球部２１ａ内に突出し当接させているので、プラグ２
１を円滑に変形させることができ、出力損失および発熱
を低減させることができる。

なお、本発明に係る圧電アクチュエータは例えば減衰力
可変型液圧緩衝器の適用されるものであるが、これに限
られるものではなく、このような圧電アクチュエータを
用いて好適なものには、すべての制御装置に適用可能で
ある。

（効果） 本発明によれば、圧電アクチュエータの作動室内に充填
部材として作動液体の封入されたプラグを装着している
ので、シール構造を廃止して構造の簡素化を図ることが
でき、コストの低減および耐久性、信顛性の向上を図る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１〜３図は本発明に係る圧電アクチェエータの変位拡
大構造の一実施例を示す図であり、第１図（ａ）はその
正面断面図、第１図（ｂ）はその出力側ピストンの拡大
図、第２図はその側面図、第３図はその作用を説明する
ための要部断面図、第４図は従来の圧電アクチュエータ
の変位拡大構造を示す正面断面図である。 １２・・・・・・圧電アクチュエータ、１４・・・・・
・入力側シリンダ、 １５・・・・・・入力側ピストン、 １６・・・・・・連結部、 １７・・・・・・出力側シリンダ、 １８・・・・・・出力側ピストン、 １９・・・・・・作動室、 ２０・・・・・・作動液体、 ２１・・・・・・プラグ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 圧電アクチュエータの変位を伝達する入力側ピストンと
   、入力側ピストンを摺動自在に支持する入力側シリンダ
   と、入力側シリンダより小さい断面積を有し、入力側シ
   リンダと連続して形成された出力側シリンダと、出力側
   シリンダ内に摺動自在に設けられた出力側ピストンと、
   入力側シリンダと出力側シリンダを連結する連結部と、
   入力側ピストン、入力側シリンダ、出力側ピストン、出
   力側シリンダおよび連結部により形成された作動室と、
   を備え、圧電アクチュエータの変位を作動室内の充填部
   材により拡大する圧電アクチュエータの変位拡大構造に
   おいて、前記作動室内に充填部材として作動液体の封入
   されたプラグを装着したことを特徴とする圧電アクチュ
   エータの変位拡大構造。