JPS63262065A - 圧電アクチユエ−タの変位拡大装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は板状の圧電素子が積層された積層圧電体の伸縮
によって移動体を移動させる圧電アクチュエータの変位
拡大装置に関する。

［従来の技術］ 従来この種の装置としては、圧電アクチュエータの変位
をパスカルの原理による流体拡大機構を用いて増幅する
よう構成されたものが知られている。しかしこうした変
位拡大装置では、圧電アクチュエータの変位を油等の流
体によって拡大するので、流体中の圧力伝搬速度が遅く
、圧電アクチュエータ特有の高速応答性を確保すること
ができないとか、製造時に流体内に混入する気泡によっ
て、圧電アクチュエータから圧力を受けた流体に体積変
化が生じ、変位の拡大率が変動する等の不具合があった
。

そこで近年、例えは第４図に示す如く、てこの原理を利
用して圧電アクチュエータ４０の変位（図中矢印ａ）を
拡大し、移動体４２を移動（図中矢印ｂ）させるものが
考えられている。つまりてこの原理を利用して圧電アク
チュエータ４０の変位を拡大すれば、圧電アクチュエー
タ４０の変位を応答遅れなく、しかも一定の拡大率で拡
大して移動体４２に伝達することができ、移動体４２を
移動させることができるのである。

［発明が解決しようとする問題点コ しかし上記従来のものは、第４図から明らかなように、
圧電アクチュエータ４０の変位面に当接されるレバー４
４が圧電アクチュエータ４０を固定するフレーム４６と
一体に形成され、その接合部４６ａの伸性によって動作
するよう構成されているので、圧電アクチュエータ４０
の変位を大きく拡大しようとすると、接合部４６ａに大
きな応力が集中し、接合部４６ａに疲労破壊が起こると
いった問題があり、大変位を得るのは困難であった。ま
た移動体４２を介してレバー４４に大荷重が加わるとそ
れだけで接合部４６ａが破壊してしまうので、用途が限
られるといった問題もあった。

そこで本発明は、上記のようにてこの原理を利用した変
位拡大装置において、レバーとフレームとの接合部に疲
労備壊が生ずることなく、圧電アクチュエータの変位を
良好に拡大できるようにすることを目的としてなされた
。

［問題点を解決するための手段］ 即ち上記目的を達するためになされた本発明は、板状の
圧電素子を積層してなる積層圧電体の伸縮によって移動
体を移動させる圧電アクチュエータの変位拡大装置であ
って、 上記圧電アクチュエータ本体を固定し、該圧電アクチュ
エータの変位面を内部に収納する枠体と、該枠体内に上
記圧電アクチュエータの変位面と接してその変位方向と
ほぼ直交する方向に収納され、一端が上記移動体と直接
又は間接的に接続され、他端が上記枠体に形成された切
込み部分に円筒又は球状の係合部材を介して回動自在に
支持された棒状部材と、 独棒状体の移動体側端部を、直接又は間接的に上記圧電
アクチュエータの変位面側に押圧付勢するばね体と、 からなることを特徴とする圧電アクチュエータの変位拡
大装置を要旨としている。

［作用］ 以上のように構成された本発明の圧電アクチュエータの
変位拡大装置では、圧電アクチュエータの変位によって
枠体内に設けられた棒状体が係合部材を支点として回動
し、係合部材とは反対側端部、即ち移動体［ｌ！ＩＪ瑞
部が圧電アクチュエータの変位量より大きく変位し、こ
れによって移動体が移動される。即ち移動体には圧電ア
クチュエータの変位量が拡大して伝達される。

［実施例］ 以下に本発明の実施例を図面と共に説明する。

第１図は圧電アクチュエータ１が取り付けられた変位拡
大装置全体の構成を表し、（ａ）はその一部備断正面図
、（ｂ）はそのＡ−Ａ線断面図である。

図に示す如く圧電アクチュエータ１は、円板形状の圧電
素子と電極板とを交互に積層することにより円柱状に形
成され、電圧を印加することにより軸方向（図中上下方
向）に数百ｕｓｅＣ３の応答性で数＋ｕｍＩＩｔＩ張す
る積層圧電体２と、積層圧電体２の両端に圧電素子と同
形状で厚さが異なる絶縁板３及び４を介して積層された
受圧板５及び６と、積層圧電体２に駆動電圧を印加する
ための２本のリード線７及び８と、積層圧電体２の側面
を覆い外部との絶縁を保つための絶縁チューブ９と、こ
れら各部を収納する円筒状のハウジング１０と、ハウジ
ング１０の下方開口端部に受圧板５と接して設けられ、
外部からハウジング１０内部に螺入された中空の調整ボ
ルト１１により位置調整されるカバーヘッド１２と、ハ
ウジング１０の上方間口端部に受圧板６と接して摺動自
在に嵌挿され、外部に突起１３ａが形成されたピストン
１３とから構成されている。またカバーヘッド１２には
リード線７及び８の挿通孔７ａ及び８ａが形成され１、
積層圧電体２に接続されたリード線７及び８を外部に取
り出せるようにされている。

このため本実施例の圧電アクチュエータ１では、積層圧
電体２にリード線７及び８を介して外部から電圧を印加
すると積層圧電体２が伸張し、これによってピストン１
３がハウジング１ｏ内を図中上方向に移動し、ピストン
１３の端面を変位面として所定の移動体を移動させるこ
とができる。またピストン１３は外部に開放されている
ので、調整ボルト１１のハウジング１０内への螺入量を
調整すれは、カバーへ・ンド１２を介して積層圧電体２
をハウジング１０内で上下に移動させることができ、こ
れによってピストン１３の端面位置（即ち当該アクチュ
エータ１の変位面の位置）を調整することができる。尚
この調整時に、調整ボルトの回転が積層圧電体２等に伝
わらないよう、カバーヘッド１２には図示しないビン等
によって回転止めがなされている。

次に上記のように構成された圧電アクチュエータ１は、
前記枠体としてのフレーム２０に、ハウジング１０の外
周部に形成されたねじ部を介して、ピストン１３側を収
納するよう取り付けられる。

フレーム２０内部には、圧電アクチュエータ１の変位方
向、■Ｕち積層圧電、体２の軸方向とほぼ直交する方向
に、ピストン１３の突起１３ａと接してレバー２１が設
けられている。レノｔ−２１は断面長方形の棒状体で、
一端がフレーム２０の右内壁面に形成された切込み部２
２内に収納され、切込み部２２上瑞面と円柱状の係合部
材２３を介して回動自在に支持されている。

このため圧電アクチュエータ２が駆動され、ピストン１
３が図中上方ここ移動すると、レバー２１は係合部材２
３を支点として上方に回動し、その”Ｒｇｌ（が上方に
持ち上げられる。即ち第２図に示す如く、レバー２１の
長さをｙ、係合部材２３とピストン１３の突起１３ａと
の距離なＸ、とすると、レバー２１の切込み部２２との
反対側端部では、てこの原理によって圧電アクチュエー
タ２の変位量△Ｘを所定培（ｙ／ｘ）拡大した変位量が
得られるようになる。

尚レバー２１及び″フレーム２０の切込みｇＰＪ２２上
端面には、少なくとも係合部材２３の局面よりも大きな
曲面率を有する溝が形成され、これによってこれら各部
を係合部材２３を介して係合できるようにされている。

次に上記しバー２１の切込み部２２との反対側端部上面
には突起２１ｂが形成され、その上部にはレバー２１と
ほぼ平行に設けられたレバー２４が接触されている。レ
バー２４は、上記レバー２１と同様の棒状体で、一端が
フレーム２０の左内壁面に形成された切込み部２５内に
収納され、上記しバー２１と同様に切込みＲＢ　２２上
端面と円柱状の係合部材２６を介して回動自在に支持さ
れている。このためレバー２４の係合ＢＢ材２６との反
対１！！１１端部では、レバー２１とこより拡大された
圧電アクチュエータ２の変位量が更に拡大されることと
なる。そしてこのレバー２４の係合部材２６との反対側
端部にも上記レバー２１と同様に突起２４ａが設けられ
、その上部にはレバー２７が接触されている。

レバー２７は上記各レバーとほぼ平行にフレーム２０内
に設けられた断面長方形の棒状体で、その端部がフレー
ム２０の右内壁面に形成された切込み邪２８因に収納さ
れ、上記各しｌ（−と同様ζこ切込み部２８上端面と円
柱状の係合部材２９を介して回動自在に支持されている
。そしてその係合部材２つとの反対側端部には、圧電ア
クチュエータ２の変位によって移動させるための移動体
３０が嵌合されている。このため移動体３０には、圧電
アクチュエータ２の変位量がレバー２１、レバー２４、
レバー２７により拡大しながら伝達され、移動体３０は
圧電アクチュエータ２の変位量より所定培の変位量で上
下に移動することとなる。

一方上記レバー２７の移動体３０側端面は、板はね３１
を介してフレーム２０の左内壁面と結合され、これによ
ってレバー２７、レバー２４及びレバー２１が圧電アク
チュエータ１側に付勢されている。このため圧電アクチ
ュエータ１の伸張時ζこは、各レバーを速やかに変位さ
せることができる。つまり積層。圧電体２は圧電素子と
電極板とを交互に積層したものであるため、ある程度の
荷重を加えた状態にしておかないと、伸張時に隙間がな
くなるまでに時間がかかり応答性が低下するが、上記の
ように構成することによって積層圧電体２の隙間をなく
すことができ、これによって応答性を向上することがで
きるのである。また圧電アクチュエータ１の伸張時には
、仮は°ね３１の付勢力を、変位の拡大率と同じ拡大率
で増幅して圧電アクチュエータ１に伝達することができ
るので、圧電アクチュエータ１の収縮時には各レバーを
速やかに元の位置に移動させることができ、各レバーの
ジャンピングを防止することもできる。

以上説明したように本実施例の圧電アクチュエータの変
位拡大装置では、３本のレバーによって圧電アクチュエ
ータ１の変位を３段階で拡大して移動体３０に伝達する
ことができ、移動体３０を大きく移動させることができ
る。また板ばね３１によって移動体３０を速やかに移動
させることができ、高応答性を確保することもできる。

ここで上記実施例では圧電アクチュエータ１の変位を３
本のレバーを用いて拡大するよう構成したが、圧電アク
チュエータ１の変位を更に拡大するにはレバーの本数を
多くするとか、各レバーと突起との接触部分を支点とな
る係合部材側に移動させる、といったことをすれはよい
。

また上記実施例では各レバーを圧電アクチュエータ側に
押圧付勢するために板はねを用いたが、例えば第３図に
示す如く、レバー２７に嵌合された移動体周囲にスプリ
ングはね３５を設け、これによって各レバーを圧電アク
チュエータ側に押圧付勢するようにしてもよい。

また更に上記実施例では係合部材に円柱状のものを用い
たが、例えは球状の係合部材を用いても本発明を実現す
ることはできる。またこの係合部材はレバーをフレーム
に形成された切込み部分に回動自在に支持できれはよい
ので、フレーム或はレバーに一体に形成駒るようにして
もよい。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明の圧電アクチュエータの変位
拡大装置では、棒状部材（レバー）が枠体（フレーム）
の切込み部分に係合部材を介して回転自在に支持され、
棒状部材と枠体とは一体形成されていないので、その接
合部分に疲労触壊が生ずることはない。このため、圧電
アクチュエータの変位を大きく拡大するため棒状部材が
大きく移動するよう構成しても、問題なく変位を拡大す
ることができ、逆に移動体側から大きな荷重が加わって
も棒状部材と枠体との接合部分に異常が生ずることはな
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例の圧電アクチュエータ及び変位拡大装置
の構成を表す構成図、第２図はレバー２１の動作を説明
する動作説明図、第３図は変位拡大装置の他の例を説明
する説明図、第４図は従来の変位拡大装置の一例を表す
斜視図、である。 １・・・圧電アクチュエータ　２・・・積層圧電体２０
・・・フレーム（枠体） ２１．２４．２７・・・レバー（棒状体）２２．２５．
２８・・・切込み部 ２３．２６．２９・・・係合部材　３０・・・移動体３
１・・・スプリング

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 板状の圧電素子を積層してなる積層圧電体の伸縮によっ
   て移動体を移動させる圧電アクチュエータの変位拡大装
   置であって、 上記圧電アクチュエータ本体を固定し、該圧電アクチュ
   エータの変位面を内部に収納する枠体と、該枠体内に上
   記圧電アクチュエータの変位面と接してその変位方向と
   ほぼ直交する方向に収納され、一端が上記移動体と直接
   又は間接的に接続され、他端が上記枠体に形成された切
   込み部分に円筒又は球状の係合部材を介して回動自在に
   支持された棒状部材と、 該棒状体の移動体側端部を、直接又は間接的に上記圧電
   アクチュエータの変位面側に押圧付勢するばね体と、 からなることを特徴とする圧電アクチュエータの変位拡
   大装置。