JPS63299182A - 積層圧電アクチユエ−タ用温度補償体 - Google Patents
積層圧電アクチユエ−タ用温度補償体Info
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- JPS63299182A JPS63299182A JP62132997A JP13299787A JPS63299182A JP S63299182 A JPS63299182 A JP S63299182A JP 62132997 A JP62132997 A JP 62132997A JP 13299787 A JP13299787 A JP 13299787A JP S63299182 A JPS63299182 A JP S63299182A
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
- H02N2/04—Constructional details
- H02N2/043—Mechanical transmission means, e.g. for stroke amplification
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/88—Mounts; Supports; Enclosures; Casings
-
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/50—Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
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。
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）
この発明は積層圧電素子を駆動源とするアクチュエータ
に用いる温度補償体に関する。
に用いる温度補償体に関する。
（従来の技術）
従来多く用いられてきた電磁石を駆動源とするＭ１１リ
レーや電磁弁は、応答速度に限界があり、消費電力が大
きく、発熱量が多く、コイルを巻回するため小型化ある
いは薄型化が困難であるなどの多くの問題があった。そ
こで最近は積層した圧電素子を駆動源とし、この圧電素
子の圧電縦効果で被駆動体を駆動する積層圧電アクチュ
エータがリレー用あるいは關御弁用等に提案されている
。
レーや電磁弁は、応答速度に限界があり、消費電力が大
きく、発熱量が多く、コイルを巻回するため小型化ある
いは薄型化が困難であるなどの多くの問題があった。そ
こで最近は積層した圧電素子を駆動源とし、この圧電素
子の圧電縦効果で被駆動体を駆動する積層圧電アクチュ
エータがリレー用あるいは關御弁用等に提案されている
。
第３図はリレー用の積層圧電アクチュエータの一例を示
し、ベース１にねじ込んだホルダ２の先端に圧電素子３
とブツシュチップ４とを重ね、この圧電素子３の電圧印
加によるブツシュチップ４の先端の１０ｍ程度の変位量
を二段レバー型の変位拡大機構５により絋太し、アーム
１３の先端部１３ａで０．５ ａｍ程度の変位を得て、
図示しない接点のｔｍｍをおこなうものである。変位拡
大機構５は、ヒンジ６とアーム７による入力部、ヒンジ
８゜９とアーム１０による一段目拡大機構、ヒンジ１１
．１２とアーム１３による二段目拡大機構とから成る。
し、ベース１にねじ込んだホルダ２の先端に圧電素子３
とブツシュチップ４とを重ね、この圧電素子３の電圧印
加によるブツシュチップ４の先端の１０ｍ程度の変位量
を二段レバー型の変位拡大機構５により絋太し、アーム
１３の先端部１３ａで０．５ ａｍ程度の変位を得て、
図示しない接点のｔｍｍをおこなうものである。変位拡
大機構５は、ヒンジ６とアーム７による入力部、ヒンジ
８゜９とアーム１０による一段目拡大機構、ヒンジ１１
．１２とアーム１３による二段目拡大機構とから成る。
（発明が解決しようとする＠照点）
ところが上記の積層圧電アクチュエータ１４においては
５０倍を越える高倍率の変位拡大機構を用いているため
、温度変化による構成部材の熱膨張による特性への影響
が大きい。すなわち圧電素子の熱膨張率（線膨張率）は
負であり、α−−５Ｘ１０’程度であるのに対し、変位
拡大機構５を構成する金属材料の熱膨張率はα−＋ｌＸ
１０−５〜１０−６と大きな差異があり、温度変化によ
るアーム１３の先端部１３ａの変位量への影響は無視し
得ないものである。そこでたとえば圧電素子３とホルダ
２との間に適当な熱膨張率を有する材料で構成した温度
補償体を挿入し、各部材の熱膨張差の補償をおこなうこ
とが考えられるが、熱膨張率は材種によりほぼ一定なの
で、所望の正確な熱膨張率を有する温度補償体を得るこ
とは困難である。
５０倍を越える高倍率の変位拡大機構を用いているため
、温度変化による構成部材の熱膨張による特性への影響
が大きい。すなわち圧電素子の熱膨張率（線膨張率）は
負であり、α−−５Ｘ１０’程度であるのに対し、変位
拡大機構５を構成する金属材料の熱膨張率はα−＋ｌＸ
１０−５〜１０−６と大きな差異があり、温度変化によ
るアーム１３の先端部１３ａの変位量への影響は無視し
得ないものである。そこでたとえば圧電素子３とホルダ
２との間に適当な熱膨張率を有する材料で構成した温度
補償体を挿入し、各部材の熱膨張差の補償をおこなうこ
とが考えられるが、熱膨張率は材種によりほぼ一定なの
で、所望の正確な熱膨張率を有する温度補償体を得るこ
とは困難である。
この発明は上記従来の問題点を解決するもので、所望の
熱膨張率値に極めて近い熱膨張率を有する温度補償体を
確実に得ることができる積層圧電アクチュエータ用温度
補償体を提供することを目的とする。
熱膨張率値に極めて近い熱膨張率を有する温度補償体を
確実に得ることができる積層圧電アクチュエータ用温度
補償体を提供することを目的とする。
（問題点を解決するための手段）
しかしてこの発明の積層圧電アクチュエータ用温度補償
体は、圧電素子の変位方向に該圧電素子と直列に配設さ
れる温度補償体であって、熱膨張率の異なる複数種類の
金属板を積層し、該金属板に施したメッキ層の加熱によ
って得られる溶融金属の固化層により前記各金属板間を
接合して成る積層圧電アクチュエータ用温度補償体であ
る。
体は、圧電素子の変位方向に該圧電素子と直列に配設さ
れる温度補償体であって、熱膨張率の異なる複数種類の
金属板を積層し、該金属板に施したメッキ層の加熱によ
って得られる溶融金属の固化層により前記各金属板間を
接合して成る積層圧電アクチュエータ用温度補償体であ
る。
（作用）
この発明の積層圧電アクチュエータ用温度補償体は、該
補償体を構成する金属板の板面を圧電素子の変位方向に
直角にして、圧電素子と直列に配設され、該圧電素子と
７クチユエータを構成する他部材との熱膨張差を補償す
るのに用いられる。
補償体を構成する金属板の板面を圧電素子の変位方向に
直角にして、圧電素子と直列に配設され、該圧電素子と
７クチユエータを構成する他部材との熱膨張差を補償す
るのに用いられる。
温度変化により複数種類の金属板およびメッキ金属の固
化層はこれらを構成する各材質に応じた熱膨張率で膨張
収縮し、これらの合成値が温度補償体の熱膨張率となる
ので、各金属板および固化層の金属材種、厚さ、層数の
選定により、全体として所望の熱膨張率値に極めて近い
熱膨張率を有する温度補償体が確実に得られるのである
。
化層はこれらを構成する各材質に応じた熱膨張率で膨張
収縮し、これらの合成値が温度補償体の熱膨張率となる
ので、各金属板および固化層の金属材種、厚さ、層数の
選定により、全体として所望の熱膨張率値に極めて近い
熱膨張率を有する温度補償体が確実に得られるのである
。
（実施例）
以下第１図および第２図によりこの発明の一実施例を説
明する。
明する。
第１図に示す積層圧電アクチュエータ２０は、ベース１
にねじ込まれるホルダ２をやや短尺とし、このホルダ２
と圧電素子３との間にブロック状の温度補償体２１を挿
入した点以外は、第３図の積層圧電アクチュエータ１４
と同一機構を有するものであり、第３図と同一部分には
同一符号を付して図示しである。圧電素子３は多数枚の
圧電セラミック板の積層体から成り、その熱膨張率はα
１−−４．４Ｘ１０’であり、また温度補償体２１は後
述の構成を有する金属積層体であり、これらの部材以外
はすべて熱膨張率α２−１．２Ｘ１０−’のインバー材
で構成されている。
にねじ込まれるホルダ２をやや短尺とし、このホルダ２
と圧電素子３との間にブロック状の温度補償体２１を挿
入した点以外は、第３図の積層圧電アクチュエータ１４
と同一機構を有するものであり、第３図と同一部分には
同一符号を付して図示しである。圧電素子３は多数枚の
圧電セラミック板の積層体から成り、その熱膨張率はα
１−−４．４Ｘ１０’であり、また温度補償体２１は後
述の構成を有する金属積層体であり、これらの部材以外
はすべて熱膨張率α２−１．２Ｘ１０−’のインバー材
で構成されている。
第２図は温度補償体２１の構造を示し、角板状に打抜か
れた熱膨張率の異なる２種の金属板２２゜２３の両面に
、錫、銅などの比較的駆虫の低い金属のメッキ層２４が
電気メッキ等により付設しである。第２図（ａ）に示す
ように上記メッキ層２４を有する金属板２２．２３を所
要枚数積重ね、矢印Ｘで示すように締付具により加圧し
た状態で加熱すれば、メッキ１ｍ２４は溶融して隣合う
金属板間に単一の溶融メッキ金属層が形成されるので、
その後加熱炉より取出し放冷すれば、同図（ｂ）に示す
ように各金属板２２．２３間が薄い金属の固化層２５に
より強固に接合されて、一体化した温度補償体２１が得
られる。
れた熱膨張率の異なる２種の金属板２２゜２３の両面に
、錫、銅などの比較的駆虫の低い金属のメッキ層２４が
電気メッキ等により付設しである。第２図（ａ）に示す
ように上記メッキ層２４を有する金属板２２．２３を所
要枚数積重ね、矢印Ｘで示すように締付具により加圧し
た状態で加熱すれば、メッキ１ｍ２４は溶融して隣合う
金属板間に単一の溶融メッキ金属層が形成されるので、
その後加熱炉より取出し放冷すれば、同図（ｂ）に示す
ように各金属板２２．２３間が薄い金属の固化層２５に
より強固に接合されて、一体化した温度補償体２１が得
られる。
この温度補償体２１を構成する金属板２２゜２３の板厚
、枚数、メッキ層２４の厚さ等は、次のようにして定め
られている。
、枚数、メッキ層２４の厚さ等は、次のようにして定め
られている。
すなわち、第１図に示すようにベース１の圧電素子３に
平行な平行辺部１ａの頂部からホルダ２の先端までの長
さをｊｌ、ヒンジ６の長さをＪ１２、圧電素子３の積層
厚さをｊ３、ブツシュチップ４の軸方向長さをＩａ、１
１４度補償休２体の厚さをｊ５とすれば、圧電素子３お
よびインバー材から成る各部の熱膨張率α言、α２は前
記した通りなので、温度補償体２１の熱膨張率をβとし
たとき、ｔ’Ｃの温度上昇に対するブツシュチップ４の
頂部の変位量とベース１の平行辺部１ａおよびヒンジ６
の熱膨張量とが等しいと置くことにより、次式が成立す
る。
平行な平行辺部１ａの頂部からホルダ２の先端までの長
さをｊｌ、ヒンジ６の長さをＪ１２、圧電素子３の積層
厚さをｊ３、ブツシュチップ４の軸方向長さをＩａ、１
１４度補償休２体の厚さをｊ５とすれば、圧電素子３お
よびインバー材から成る各部の熱膨張率α言、α２は前
記した通りなので、温度補償体２１の熱膨張率をβとし
たとき、ｔ’Ｃの温度上昇に対するブツシュチップ４の
頂部の変位量とベース１の平行辺部１ａおよびヒンジ６
の熱膨張量とが等しいと置くことにより、次式が成立す
る。
α１１１ ｔ＋α１１２を
一α２１３ｔ＋αＩｊ４ｔ＋βｊｓｔ・−（１）ここで
たとえばｊ＋−１７ｊｗ＋ｑｊ２−３履。
たとえばｊ＋−１７ｊｗ＋ｑｊ２−３履。
Ｊ３＝１０ｊｍ、ｊ４−５履、ｊｓ−５麿の場合、こら
れの値と、前記α１およびα２の値を上式に代入すれば
、 β−１２，４Ｘ１０−６ ・・・・・・（２）
なる解が得られる。従って温度補償体２１の熱膨張率β
を上記（２）式の値とすれば、温度変化に対するアーム
７の傾動はなく、適正な温度補償作用が得られることに
なる。この熱膨張率βに近い金属としては、クロム鋼４
ｔ４（α−１２，６Ｘ１０−６）があるが、（２）式の
値と一致しないので適当ではない。
れの値と、前記α１およびα２の値を上式に代入すれば
、 β−１２，４Ｘ１０−６ ・・・・・・（２）
なる解が得られる。従って温度補償体２１の熱膨張率β
を上記（２）式の値とすれば、温度変化に対するアーム
７の傾動はなく、適正な温度補償作用が得られることに
なる。この熱膨張率βに近い金属としては、クロム鋼４
ｔ４（α−１２，６Ｘ１０−６）があるが、（２）式の
値と一致しないので適当ではない。
そこで第２図において、金属板２″２として板厚Ａａｗ
＋の５ＵＳ４３０材（熱膨張率β＋＝９．０Ｘ１０−６
）、金属板２３として板厚Ｂ履の５ＵＳ３０４材（熱膨
張率β２−１７．３Ｘ １０−６） 、メッキ［１２４
として厚さＣ−５ｍの錫メッキ（熱膨張率β３−２３．
８Ｘ１０−６）をそれぞれ用い、金属板２２と２３を交
互に各５枚ｌｊＩｍして温度補償体２１を構成する場合
、各層厚の関係から次式が成立つ。
＋の５ＵＳ４３０材（熱膨張率β＋＝９．０Ｘ１０−６
）、金属板２３として板厚Ｂ履の５ＵＳ３０４材（熱膨
張率β２−１７．３Ｘ １０−６） 、メッキ［１２４
として厚さＣ−５ｍの錫メッキ（熱膨張率β３−２３．
８Ｘ１０−６）をそれぞれ用い、金属板２２と２３を交
互に各５枚ｌｊＩｍして温度補償体２１を構成する場合
、各層厚の関係から次式が成立つ。
（Ａ＋２Ｇ）＋ （Ｂ＋２Ｃ）−１ｍｍ・・・・・・（
３）また温度補償体２１全体の熱膨張率を前記βに等し
いとおくと、温度補償体２１を構成する各部の熱膨張最
の関係から、ｔ℃の温度上昇に対して下式が成立する。
３）また温度補償体２１全体の熱膨張率を前記βに等し
いとおくと、温度補償体２１を構成する各部の熱膨張最
の関係から、ｔ℃の温度上昇に対して下式が成立する。
βＸ５ｊｗＸｔ
−（β 曹 Ａｔ ＋β ｚＢｔ＋２ β ３Ｃ）
Ｘ５・・・・・・（４） 上記（３）式および（４）式に各数値を代入すれば、Ａ
−０，６０６履、Ｂ−０，３７４履となる。
Ｘ５・・・・・・（４） 上記（３）式および（４）式に各数値を代入すれば、Ａ
−０，６０６履、Ｂ−０，３７４履となる。
すなわち金属板２２として板厚０．６０６履の５ＵＳ４
３０材を、金属板２３として板厚０．３７４麿の５ＵＳ
４３０材を用い、各面に５１ｊ１の錫メッキを施したも
のを５組積層して錫メッキ層の溶融固化により一体化さ
せた温度補償体２１は、（２）式に示す熱膨張率を有す
るので、この温度補償体２１を用いることにより積層圧
電アクチュエータ２０における各部熱膨張差による影響
を殆んど打消すことができるのである。
３０材を、金属板２３として板厚０．３７４麿の５ＵＳ
４３０材を用い、各面に５１ｊ１の錫メッキを施したも
のを５組積層して錫メッキ層の溶融固化により一体化さ
せた温度補償体２１は、（２）式に示す熱膨張率を有す
るので、この温度補償体２１を用いることにより積層圧
電アクチュエータ２０における各部熱膨張差による影響
を殆んど打消すことができるのである。
この発明は上記実施例に限定されるものではなく、たと
えば上記実施例では金属板２２および２３として同厚の
ものを５枚ずつ交互に積層して用いたが、この積層は交
互でｄくてもよく、また異なる板厚のものを複数枚ずつ
用いてもよいし、あるいは厚板あるいはブロック状の金
属板２２および２３を１枚ずつ用いる構成としてもよく
、さらに３８１類以上の金属板を用いてもよい。
えば上記実施例では金属板２２および２３として同厚の
ものを５枚ずつ交互に積層して用いたが、この積層は交
互でｄくてもよく、また異なる板厚のものを複数枚ずつ
用いてもよいし、あるいは厚板あるいはブロック状の金
属板２２および２３を１枚ずつ用いる構成としてもよく
、さらに３８１類以上の金属板を用いてもよい。
またこの発明は上記実施例に示すリレー用の積層圧電ア
クチュエータのほかに、たとえば圧電素子の変位により
弁体を直接あるいは各種変位拡大機構を介して駆動する
制御弁駆動用の積層圧電アクチュエータにおいて圧電素
子と直列に設ける温度補償体等、上記実施例以外の構成
の各種積層圧電アクチュエータに用いる温度補償体にも
適用されるものである。
クチュエータのほかに、たとえば圧電素子の変位により
弁体を直接あるいは各種変位拡大機構を介して駆動する
制御弁駆動用の積層圧電アクチュエータにおいて圧電素
子と直列に設ける温度補償体等、上記実施例以外の構成
の各種積層圧電アクチュエータに用いる温度補償体にも
適用されるものである。
（発明の効果）
以上説明したようにこの発明によれば、温度補償体を構
成する各金属板およびメッキ金属の固化層の金属材種、
厚さ、層数の選定により、所望の熱膨張率値に極めて近
い熱膨張率を有する温度補償体を確実に得ることができ
、積層圧電アクチュエータの動作の高精度化、使用温度
範囲の拡大化に寄与するところ大である。また温度補償
体は、金属板が相互に固着して一体化しているので取扱
いが容易で耐久性に富み、金属板の切断や打抜、メッキ
、加熱などの簡単な工程により経済的に製作でき、量産
にも適している。
成する各金属板およびメッキ金属の固化層の金属材種、
厚さ、層数の選定により、所望の熱膨張率値に極めて近
い熱膨張率を有する温度補償体を確実に得ることができ
、積層圧電アクチュエータの動作の高精度化、使用温度
範囲の拡大化に寄与するところ大である。また温度補償
体は、金属板が相互に固着して一体化しているので取扱
いが容易で耐久性に富み、金属板の切断や打抜、メッキ
、加熱などの簡単な工程により経済的に製作でき、量産
にも適している。
第１図はこの発明の一実施例を示すｍａｔ圧電アクチュ
エータの縦断面図、第２図（ａ） 、 （ｂ）は第１図
の温度補償体の製作工程説明（縦断面）図、第３図は従
来の積層圧電アクチュエータの縦断面図である。 １・・・ベース、２・・・ホルダ、３・・・圧電素子、
４・・・ブツシュチップ、５・・・変位拡大機構、６・
・・ヒンジ、２０・・・積層圧電アクチュエータ、２１
・・・温度補償体、２２・・・金属板、２３・・・金属
板、２４・・・メッキ層、２５・・・固化層。
エータの縦断面図、第２図（ａ） 、 （ｂ）は第１図
の温度補償体の製作工程説明（縦断面）図、第３図は従
来の積層圧電アクチュエータの縦断面図である。 １・・・ベース、２・・・ホルダ、３・・・圧電素子、
４・・・ブツシュチップ、５・・・変位拡大機構、６・
・・ヒンジ、２０・・・積層圧電アクチュエータ、２１
・・・温度補償体、２２・・・金属板、２３・・・金属
板、２４・・・メッキ層、２５・・・固化層。
Claims (1)
- 圧電素子の変位方向に該圧電素子と直列に配設される
温度補償体であつて、熱膨張率の異なる複数種類の金属
板を積層し、該金属板に施したメツキ層の加熱によつて
得られる溶融金属の固化層により前記各金属板間を接合
して成る積層圧電アクチユエータ用温度補償体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62132997A JPS63299182A (ja) | 1987-05-28 | 1987-05-28 | 積層圧電アクチユエ−タ用温度補償体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62132997A JPS63299182A (ja) | 1987-05-28 | 1987-05-28 | 積層圧電アクチユエ−タ用温度補償体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63299182A true JPS63299182A (ja) | 1988-12-06 |
Family
ID=15094371
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62132997A Pending JPS63299182A (ja) | 1987-05-28 | 1987-05-28 | 積層圧電アクチユエ−タ用温度補償体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63299182A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7141917B2 (en) * | 1999-08-27 | 2006-11-28 | Product Systems Incorporated | Indium or tin bonded acoustic transducer systems |
| RU2764122C2 (ru) * | 2017-07-20 | 2022-01-13 | Конинклейке Филипс Н.В. | Исполнительная структура и ее способ срабатывания |
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1987
- 1987-05-28 JP JP62132997A patent/JPS63299182A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7141917B2 (en) * | 1999-08-27 | 2006-11-28 | Product Systems Incorporated | Indium or tin bonded acoustic transducer systems |
| RU2764122C2 (ru) * | 2017-07-20 | 2022-01-13 | Конинклейке Филипс Н.В. | Исполнительная структура и ее способ срабатывания |
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