JPH0325421Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この考案は例えばエンジンに燃料を間欠的に噴
射供給するインジエクタ等において、その噴射孔
を開閉する弁子の移動等を行わせるために特に好
適に用いることのできる圧電式アクチユエータに
関するものである。

［従来の技術］ 圧電素子、すなわちピエゾ素子は電圧が印加さ
れると変形する（すなわち歪む）特性を有してい
る。圧電素子の場合、この変形量と発生する力と
の積が比較的大きく、かつ応答性が非常に良いた
め、各方面で、例えば前記インジエクタにおいて
弁個を動かすための高応答アクチユエータとして
使用されている。しかしながら、圧電素子の変形
量そのものは小さいので、これを積層してもなお
被作動体（例えば弁子）を充分なストロークで変
位させることができない。

このため変位増幅装置と組み合わせてアクチユ
エータを構成する技術の開発が進められている。
こような圧電式アクチユエータの従来技術とし
て、例えば、特開昭60−81568号公報に開示され
たものがある。これは第３図に示すように、横方
向（図中上下方向）には容易に撓むが、縦方向
（長さ方向で図示左右方向）には伸びない帯状弾
性体等からなる引張部材１を水平に延ばした状態
でレバー・アーム２の作用点部２ｃに結合してあ
る。レバー・アーム２の支点部２ｂは、端部にヒ
ンジ部３ａを有する支持部材３を介して基板４の
端部４ａに連結されている。支持部材３は、長手
方向にはほとんど伸縮しない材質の薄板からな
り、さらに、この支持部材３とレバー・アーム２
の支点部２ｂとの接続箇所は回動が可能なヒンジ
部３ａとなつている。この従来例では支持部材３
はレバー・アーム２及び基板４と一体構成になつ
ている。５は積層圧電セラミツクスで、基部５ａ
は基板４に固定され、自由端部５ｂは連結部材６
を介してレバー・アーム２の力点部２ａに接合さ
れている。連結部材６も支持部材３と同様の薄板
からなる。積層圧電セラミツクス５に電圧を印加
すると、自由端部５ｂが図示下方に変位してレバ
ー・アーム２を支持部材３のヒンジ部３ａの回り
に回動させ、作用点部２ｃが引張部材１を両側か
ら挟み込むように変位する。これにより引張部材
１の中央部は図中上方向に大きく変位して、積層
圧電セラミツクスの変位量が増幅される。これに
より被作動体７、例えば弁子とか印字用のピンが
基板４に対して積層圧電セラミツクスの変形量以
上変位させられる。

［考案が解決しようとする問題点］ 上記従来技術において、第３図のレバー・アー
ム２の力点部２ａ、作用点部２ｃに作用する力
は、ベクトルで表す矢印A′，C′のようになる。
これらの力A′，C′の合力は、第４図に示すよう
にベクトルB′で表される。この合力B′が支持部
材３及びレバー・アーム２の支点部２ｂに作用す
る。しかしながら、基板４の端部４ａに固定され
ている板状の支持部材３の軸方向は、ベクトル
B′の方向と平行ではなく、支持部材３には引張
り力のほかに曲げ力が作用する。従つて圧電セラ
ミツクス５に電圧が印加され、力点部２ａに力
A′が作用すると、支持部材３は第５図の点線に
示すように曲がつてしまい、レバー・アーム２の
支点部２ｂがズレることによつてレバー・アーム
自身も点線に示すように変位して作用点部２ｃの
間隔が広くなり、前記引張部材１を両側から挟み
込む強度が低下する。このため、圧電セラミツク
ス５の変位を充分に増幅できなくなるという問題
があつた。

この考案は、レバー・アーム２の支点部２ｂと
基板４の端部４ａとを連結する支持部材３に曲げ
力が作用せず、完全な増幅機能を発揮できる圧電
アクチユエータの提供を目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 上記問題は、基板に対して被作動体を圧電素子
の変形量以上変位させる圧電式アクチユエータで
あり、 一端が該基板に固定され、電圧が印加されると
伸長する圧電素子と、 該圧電素子の他端に当接する接続部材と、 該圧電素子を挟んで対向する一対のレバー部材
と、 該レバー部材間に張り渡され、その中央部が該
被作動体に接続される引張部材とを有し、 該レバー部材は該圧電素子側の端部において該
接続部材に接続され、かつ該レバー部材と該接続
部材の接続点（力点部）と該レバー部材と該引張
部材の接続点（作用点部）の中間部（支点部）に
おいて支持部材を介して該基板に接続され、さら
に該支持部材の方向が前記圧電素子が伸長した状
態で前記接続部材から力点部に作用する力と前記
引張部材から作用点部に作用する力の合力の方向
に一致することを特徴とする圧電式アクチユエー
タによつて解決される。

［作用］ 本考案に係る圧電式アクチユエータによると、
圧電素子に電圧が印加されて伸長することにより
接続部材は基板から遠ざけられる。ここでレバー
部材は圧電素子側の端部で接続部材に接続されて
いるために、基板に対して支持部材を介して接続
されている支点部を中心として外側に揺動し、一
対のレバーの作用点部間の距離が拡大する。これ
により引張部材は引張られその中央部は大きく変
位する。そのため、この引張部材の中央部に被作
動体（例えば弁子や印字ピン）を接続しておく
と、この被作動体は大きく変位する。

ここで、支持部材はレバー部材の力点部と作用
点部にそれぞれ作用する力の合力の方向に沿つた
方向を指向しているため、支持部材自体は撓まな
い。即ち、支点部は移動せず、レバー部材はこの
動かない支点部のまわりに揺動することになる。
これにより、変位拡大作用は最大限に発揮され、
増幅倍率を高く保持することができる。

［実施例］ 以下、図面に基づいて、この考案の一実施例を
説明する。この実施例に係る圧電アクチユエータ
は圧電素子として積層された圧電セラミツクス１
６を用いている。

第１図に示すように、基板１１の両側に１対の
レバー部材１２が積層圧電アクチユエータ１６を
挟んで対向するように配置されている。基板１１
と１対のレバー部材１２はそれぞれ支持部材１３
によつて接続され、これらは全部一体形成されて
いる。図中、１２ａはレバー部材１２の力点部、
１２ｂは同じく支点部、１２ｃは同じく作用点部
である。左右対称に位置する１対のレバー部材の
間には、接続部材１４が配置され、その両端部は
一体成形されたヒンジ部１５を介してレバー部材
の力点部１２ａにそれぞれ接続されている。基板
１１と接続部材１４の間には空間が設けられ、積
層圧電セラミツクス１６が嵌合されている。１７
は引張部材で、中央部１７ａが撓ませた状態で、
両端１７ｂをレバー部材１２の両作用点部１２ｃ
に結合されている。引張部材１７は、細長い弾性
体からなり、この実施例では薄い鋼板を用いてい
る。この引張部材１７の中央部１７ａには第１図
の仮想線で示す弁子１７ｃが接続されて用いられ
る。

支持部材１３は、長手方向にはほとんど伸縮し
ない材質の薄板からなり、レバー部材１２の支点
部１２ｂとこの支持部材１３の接続部は回動可能
なヒンジ部１３ａとなつている。この実施例では
支持部材１３は基板１１及びレバー部材１２と一
体成形になつている。ここで、この考案による支
持部材１３の取付けについて説明する。すなわち
積層圧電セラミツクス１６に電圧が印加される
と、積層圧電セラミツクス１６の自由端部１６ａ
が図示上方に変位し、レバー部材１２は支点部１
２ｂを中心に外側へ揺動し、引張部材１７はレバ
ー部材１２の作用点部１２ｃに両側から引つ張ら
れて水平となる。このときレバー部材１２の力点
部１２ａ、作用点部１２ｃに働く力は、ベクトル
で表すとそれぞれ矢印Ａ，Ｃのようになる。これ
らの力Ａ，Ｃの合力は、第２図に示すようにベク
トルＢで表され、この合力Ｂが支点部１２ｂ及び
支持部材１３に作用する。支持部材１３の軸方向
は、合力Ｂの曲げ成分が作用しないように、ベク
トルＢの方向とほぼ平行に取付けられている。

上記のように構成された圧電アクチユエータ
は、積層圧電セラミツクス１６に電界が作用して
いないときは、引張部材１７が前方に撓んだ状態
となつて中央部１７ａは図示実線の位置にある。
次に積層圧電セラミツクス１６に電界が加えられ
ると、レバー部材１２は支点部１２ｂが支持部材
１３のヒンジ部１３ａを中心に回動して、作用点
部１２ｃが外側に開き、引張部材１７の両端１７
ｂも外側へ変位し、中央部１７ａは図示一点鎖線
の位置に移動する。このとき中央部１７ａに結合
された被作動体１７ｃは所定の機能を発揮する
（例えばインジエクタの噴射孔を開ける）。次に通
電を停止すると、圧電セラミツクス１６は収縮
し、上記とは逆の動作でレバー部材１２の作用点
部１２ｃは内側の位置に戻り、引張部材１７は上
記と反対方向に進んで図示実線の位置に移動す
る。

上記において積層圧電セラミツクス１６に電界
が加えられたとき、支点部１２ｂすなわち支持部
材１３は、力点部１２ａに加わる力Ａと作用点部
１２ｃに加わる力Ｃの合力Ｂにほぼ平行な角度を
与えられているため、支持部材１３には引張方向
の力だけが作用する。支持部材１３は長手方向に
はほとんど伸縮しない材質からなつているため、
形状は全く変化しない。従つてレバー部材１２の
支点部１２ｂが変位することなく、圧電セラミツ
クス１６の変位を正確に増幅することができる。

［考案の効果］ 本考案によると、圧電素子の変形量が効率的に
引張部材にまで伝達されるために、圧電素子の変
位増幅が正確に行われる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この考案による圧電式アクチユエー
タの実施例の断面図、第２図は第１図のレバー部
材に作用する力のベクトル説明図、第３図は従来
の圧電式アクチユエータの断面図、第４図は第３
図のレバー・アームに作用する力のベクトル説明
図、第５図は第３図の要部拡大図である。 １１……基板、１２……レバー部材、１２ａ…
…力点部、１２ｂ……支点部、１２ｃ……作用点
部、１３……支持部材、１３ａ……ヒンジ部、１
４……接続部材、１６……積層圧電セラミツク
ス、１６ａ……自由端部、１７……引張部材、１
７ａ……中央部、１７ｂ……端部、Ｂ……合力。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 基板に対して被作動体を圧電素子の変形量以上
   変位させる圧電式アクチユエータであり、 一端が該基板に固定され、電圧が印加されると
   伸長する圧電素子と、 該圧電素子の他端に当接する接続部材と、 該圧電素子を挟んで対向する一対のレバー部材
   と、 該レバー部材間に張り渡され、その中央部が該
   被作動体に接続される引張部材とを有し、 該レバー部材は該圧電素子側の端部において該
   接続部材に接続され、かつ該レバー部材と該接続
   部材の接続点（力点部）と該レバー部材と該引張
   部材の接続点（作用点部）の中間部（支点部）に
   おいて支持部材を介して該基板に接続され、さら
   に該支持部材の方向が前記圧電素子が伸長した状
   態で前記接続部材から力点部に作用する力と前記
   引張部材から作用点部に作用する力の合力の方向
   に一致することを特徴とする圧電式アクチユエー
   タ。