JPH0374603A - アクチュエータ - 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】 星皇上亘且且公互 本発明は、液圧変位拡大機構と圧電アクチュエータとを
備えたアクチュエータに関する。

来の　術及び発　が　′しよ゛とする　題液圧変位拡大
機構と圧電アクチュエータとを備えたアクチュエータの
一従来例が、特公昭６０−１４９５４号公報に開示され
ている。開示のアクチュエータでは、断面積が大きい第
１のピストンと断面積が小さい第２のピストンとの間に
液体を封入し、断面積が大きい第１のピストンが圧電ア
クチュエータで駆動される。このように構成された変位
拡大機構によって、封入した液体の高い非圧縮性及び連
続性を利用して、圧電アクチュエータの極めて小さい変
形が、第１のピストンの断面積と第２のピストンの断面
積との比だけ拡大され、第２のピストンを介して出力さ
れる。

駆動側の圧電アクチュエータの変形量は使用する圧電素
子の特性に依存し、変位の拡大率はピストンの断面積比
に依存する。出カビストン即ち第２のピストンのストロ
ーク量を大きくするために単にピストンの断面積比を大
きくすると出力が小さくなり、一定の出力を維持しなか
らストローク量を大きくするためには圧電アクチュエー
タの軸線方向寸法を大きくしなければならない。

上記アクチュエータでは、封入した液体が完全には非圧
縮性でないため、駆動側の圧電アクチュエータの極めて
小さい変形の一部が封入液体の圧縮性により吸収され、
従動側の第２のピストンが所定のストロークだけ移動し
ないという問題があった。

一方、実開昭５８−１６８１５６号公報には、変形量の
大きい圧電アクチュエータを開示している。開示の圧電
アクチュエータは、同心状に多重に配置された複数の円
筒形圧電素子からなり、各圧電素子は非圧電体からなる
連結装置によって軸線方向に直列に結合されている。各
円筒形圧電素子の両側面には電極層が形成されている。

上記電極層を介して各圧電素子に直流電圧を印加すると
、各圧電素子はともに軸線方向に伸びるように分極極性
が初期設定されており且つ非圧電体からなる連結装置は
軸線方向に変形しないので、圧電アクチュエータは各圧
電素子の変形量の総和だけ変形する。

しかしながら、上記圧電アクチュエータでは、各圧電素
子に電圧を印加するための電極層の極性及び連結装置の
材質に特別の配慮をしない場合には、電極間や電極と連
結装置との間で放電が生じる。このため、連結装置に安
価で加工し易い金属を使用することができないという問
題があった。

そこで、本発明は、駆動側の圧電アクチュエータの変形
量が大きく且つ圧電素子の連結装置に安価で加工し易い
材料を使用することのできるアクチュエータを提供する
ことを目的とする。

題を　決するための 本発明の発明者らは、隣接する２つの圧電素子の互いに
対向する側面に形成された電極層の極性が同一になるよ
うに電圧を印加することにより、電極層間及び電極層と
連結装置との間で放電が生じないことに着目し、本発明
に想到した。

すなわち、本発明によれば、全体的に筒形で一方の端壁
に出口ポートを有するボディと、該ボディ内を液密に摺
動する第１のピストンと、該第１のピストンと上記ボデ
ィの他方の端壁との間に設けられた圧電アクチュエータ
と、上記第１のピストンより小さい断面積を有し且つ上
記第１のピストンの方向に付勢されて出口ポート内を液
密に摺動する第２のピストンと、該第２のピストンの端
面と上記第１のピストンの端面とによって構成されたチ
ャンバ内に封入された非圧縮性の高い圧力伝達用液体と
を備え、上記圧電アクチュエータに駆動用電荷を印加し
て変形させ、上記第１のピストンの断面積と上記第２の
ピストンの断面積との比だけ上記圧電アクチュエータの
変形を拡大して出力するアクチュエータにおいて、上記
圧電アクチュエータは、同心状に配置され且つ軸線方向
に直列に連結された複数の圧電素子からなり、各圧電素
子の両側面には一対の電極層が形成され、隣接する２つ
の圧電素子の互いに対向する側面に形成された電極層の
極性が同一になるように電圧を印加することを特徴とす
るアクチュエータを提供する。

亙轟思 以下、添付図面を参照して本発明の詳細な説明する。

添付図面は、本発明によるアクチュエータの一実施例の
構成を概略的に示す図である。図示のアクチュエータは
、全体的に円筒形のボディｌを備えている。ボディｌ内
には、その内部を上下に摺動する第１のピストン２が収
容されている。第１のピストン２とボディｌの底部との
間には圧電アクチュエータ３が取り付けられている。

圧電アクチュエータ３は、同心状に配置された直径の異
なる円筒状の２つの圧電素子４．５からなる。各圧電素
子の内側面及び外側面にはそれぞれほぼ全面に亘って電
極層が形成され、この電極層を介して各圧電素子に電圧
が印加される。直径の大きい外側圧電素子４の下端は、
ボディ１の底部に当接している。一方、直径の小さい内
側圧電素子５の上端は、第１のピストン２に当接してい
る。外側圧電素子４の上端と内側圧電素子５の下端との
間には、連結部材６が架は渡されている。

連結部材６は、軸線方向剛性が高く且つ加工の容易な金
属等の材料から適宜選定した材料で製造することができ
る。こうして、２つの圧電素子の軸線方向の変形の総和
が圧電アクチュエータ３の変形になるように構成されて
いる。すなわち、２つの圧電素子は軸線方向に直列に連
結されている。

ボディ１の上端壁の中央には出力ポート７が形成され、
出力ポート７の内周を上下に摺動する第２のピストン８
が突出シリンダ９の内部に収容されている。出力ピンを
形成する第２のピストン８は、第１のピストン２より小
さい断面積を有し、リターンスプリング１０によって第
１のピストン２の方向に付勢されるように構成されてい
る。第１のピストン２の上端面、第２のピストン８の下
端面及びボディの内周面によって構成されたチャンバｌ
ｌ内には、非圧縮性の高い液体、例えばシリコングリー
スが圧力伝達用液体として封入されている。

以上のように構成された本発明のアクチュエータは、次
のように作動する。

隣接する２つの圧電素子の互いに対向する側面、即ち外
側圧電素子の内側面及び内側圧電素子の外側面に形成さ
れた電極層の極性が同一になるように直流電圧を印加す
る。電圧を印加するとともに軸線方向に伸びるように、
圧電アクチュエータを構成する。２つの圧電素子の分極
極性が初期設定されている。従って、印加電圧を昇圧す
るとその値に比例して２つの圧電素子はともに伸長し、
第１のピストンを上方に駆動する。第１のピストンの軸
線方向移動量は、連結部材が軸線方向に全く変形しない
ので、外側圧電素子の軸線方向伸びと内側圧電素子の軸
線方向伸びとの総和に等しい。

第１のピストンの軸線方向移動により、封入液体に圧力
が加わり、封入液体に加わった圧力は第２のピストンに
伝達される。圧力を受けて第２のピストンは上方に駆動
される。第１のピストンの移動量と第２のピストンの移
動量の比は、液体が完全に封入され且つその体積が不変
であると仮定して、第２のピストンの断面積と第１のビ
スＩ・ンの断面積の比に等しい。印加電圧を降圧すると
圧電アクチュエータは次第に収縮し通電を解除すると元
の長さに復元する。圧電アクチュエータが収縮すると、
リターンスプリング作用により第２のピストンが下方に
駆動される。第２のピストンの軸線方向移動により１．
封入液体に圧力が加わり、封入液体に加わった圧力は第
１のピストンに伝達される。圧力を受けて第１のピスト
ンは下方に駆動される。

本実施例では、圧電アクチュエータを外側圧電素子及び
内側圧電素子からなる二重構造としたが、３つ以上の筒
状圧電素子を用いて多重構造として駆動側の変形量を更
に大きくすることもできる。

及里旦並玉 以上のように、本発明のアクチュエータでは、圧電アク
チュエータを構成する複数の圧電素子のうち、任意の隣
接する２つの圧電素子の互いに対向する側面に形成され
た電極層の極性が同一になるように電圧が印加されるの
で、圧電素子の連結部材に安価で加工し易い金属を使用
しても、電極層と連結部材との間で放電が生じることは
ない。

【図面の簡単な説明】

添付図面は、本発明によるアクチュエータの構成を概略
的に示す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）全体的に筒形で一方の端壁に出口ポートを有する
   ボディと、該ボディ内を液密に摺動する第１のピストン
   と、該第１のピストンと上記ボディの他方の端壁との間
   に設けられた圧電アクチュエータと、上記第１のピスト
   ンより小さい断面積を有し且つ上記第１のピストンの方
   向に付勢されて出口ポート内を液密に摺動する第２のピ
   ストンと、該第２のピストンの端面と上記第１のピスト
   ンの端面とによって構成されたチャンバ内に封入された
   非圧縮性の高い圧力伝達用液体とを備え、上記圧電アク
   チュエータに駆動用電荷を印加して変形させ、上記第１
   のピストンの断面積と上記第２のピストンの断面積との
   比だけ上記圧電アクチュエータの変形を拡大して出力す
   るアクチュエータにおいて、 上記圧電アクチュエータは、同心状に配置され且つ軸線
   方向に直列に連結された複数の圧電素子からなり、各圧
   電素子の両側面には一対の電極層が形成され、隣接する
   ２つの圧電素子の互いに対向する側面に形成された電極
   層の極性が同一になるように電圧を印加することを特徴
   とするアクチュエータ。