JPH041361Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 Ａ 産業上の利用分野 本考案は、圧電素子を用いた変位機構に関す
る。

Ｂ 従来の技術 従来から圧電素子を用いて微小変位を得る変位
機構が知られているが、数10μm〜数100μm程度
の変位を得る場合には、バイモルフ型の圧電素子
を用いている。

例えば第９図は電流空気圧変換器等のサーボ弁
のノズルフラツパにバイモルフ型の圧電素子を用
いたものを示している。ここで、２１がバイモル
フ型圧電素子から成るフラツパ、２２がノズルで
ある。この種のフラツパ２１は、パルス幅変調方
式（以下、PWM方式）によりそのたわみ量が制
御されたり、あるいは直流電圧によりたわみ量が
制御される。

Ｃ 考案が解決しようとする問題点 しかしながら、PWM方式の場合、バイモルフ
型圧電素子が繰り返して変形されるのでその耐久
性に問題がある。また、直流電圧により制御する
場合には圧電素子のクリープ現象が発生し、ノズ
ル背圧によるフイードバツクをかけてサーボ弁か
ら得られる圧力の制御を行なつても、電気回路の
制御範囲を逸脱するおそれ、例えばノズル背圧を
所定値以上に制御できないおそれがある。更に、
一般的に、バイモルフ型は、比較的大きな変位は
得られるものの、発生力が小さく、変位の再現性
が悪く、強度的に弱いという問題がある。

本考案の目的は、このような従来の問題点を解
消し、積層型圧電素子を用いてバイモルフ型圧電
素子と同等の変位を得る変位機構を提供すること
にある。

Ｄ 問題点を解決するための手段 このような目的を達成するため、本考案変位機
構は、板ばねを本体に片持支持し、本体から突出
した板ばねの変位部の途中には、本体に向かつて
変位部から所定の傾斜角で立上がつた入力部が連
設され、その入力部の自由端には、その自由端を
変位部の固定端を支点として変位させることによ
り変位部全体をその固定端を支点として変形させ
る積層型圧電素子が取付けられる共に、この積層
型圧電素子の伸縮方向と前記入力部の立上がり方
向が略一致するように当該圧電素子が配設され
る。

Ｅ 作用 積層型電圧素子に制御電圧が印加されて圧電素
子が伸びると入力部が変位する。この変位は入力
部の固定端から板ばねに伝達され、板ばねの自由
端は、（入力部の変位×拡大率）で表わされるだ
け変位する。その拡大率は、入力部の自由端から
板ばねの固定端までの間隔ｌと板ばねの固定端か
ら自由端までの距離Ｌの比Ｌ／ｌで表わされる。

Ｆ 実施例 第１図〜第８図は、本考案に係る変位機構を電
圧空気圧変換器のノズルフラツパに適用した一実
施例を示し、第１図は第２図の−線断面図、
第２図は平面図、第３図〜第７図は構成要素をそ
れぞれ示す図である。

１は板ばねを示し、第３図ａ，ｂに示すよう
に、板ばね１は中央部に開口１ｂがあけられた取
付部１ａと、取付部１ａに連設されて僅かに図示
上方に折曲げられた三角形状の変位部１ｃと、変
位部１ｃの略中央部において開口１ｂより狭い幅
で切り込みが入れられ、その開口側先端が図示上
方へ折曲げられた舌状の入力部１ｄとから成る。

２は本体であり、第４図ａ，ｂ，ｃに示すよう
に平面形状がコ字状の取付部２ａと、取付部２ａ
の端部に連設された柱状部２ｂとを有し、柱状部
２ｂの取付部２ａ側の面２ｃは取付部２ａに対し
て第４図ｂに示すような傾斜面とされている。

板ばね１は本体２に取付けられるが、板ばね１
の下方からその開口１ｂに柱状部２ｂを挿通して
板ばね１を取付部２ａ上に置き、押さえ板３を板
ばね取付部１ａの上面に設けるとともに、取付部
２ａの下面に第５図ａ，ｂに示される形状のばね
押さえ５を設け、押さえ板３、板ばね１、本体２
および止め板６をボルト４により共締めすること
により、板ばね１が押さえ板３と取付部２ａとの
間に挟持されるとともにばね押さえ５が止め板６
と取付部２ａとの間に挟持される。ここで、ばね
押さえ５の先端５ａが板ばね１の略中央部下面に
当接し、板ばね１を支持している。

７は積層型圧電素子であり、その一方の端面に
第６図ａ，ｂに示すように、一方の面にＶ字状の
溝８ａが刻設された押さえ板８が接着等により取
付けられ、押さえ板８の溝８ａに板ばね１の入力
部１ｄが係止される。圧電素子７の他方の面は押
さえ板１１を介して本体１の傾斜面２ｃに取付け
られる。ここで、入力部１ｄの傾斜角θ₁と傾斜面
２ｃの傾斜角θ₂とを等しく設定すれば、圧電素子
７から入力部１ｄに入力される荷重の方向が入力
部１ｄの平面と平行となり、圧電素子７の発生応
力を効率よく用いて板ばね１を変形できる。

更に第１図および第２図において、９は支持板
であり、第７図ａ，ｂに示すように、その支持板
９は矩形平板状を呈し、その中央を横断してＶ字
状の溝９ａが刻設され、一方の端部側にはねじ９
ｂが螺設されている。この支持板９は板ばね１の
開口１ｂに挿通され、溝９ａが開口１ｂの入力部
１ｄとは反対側の周縁に係止され、更に、他方の
端部９ｃが柱状部２ｂに溶接されている。そし
て、ねじ１０がねじ９ｂに螺着され、そのねじ１
０の先端が柱状部２ｂに押圧当接され、それによ
り、支持板９が端部９ｃを支点としてたわみ、本
体２と圧電素子７とが板ばね１に緊締される。

このように構成された変位機構の作用について
説明する。

圧電素子７に第８図に示す波形の電圧を印加す
ると、時間T₁では圧電素子７が伸長し入力部１
ｄを押圧する。すなわち、第３図ｂに示すように
入力部１ｄに荷重Ｐが入力され、これにより、変
位部１ｃがその固定支点部Ｙ（変位部１ｃの固定
端）を支点としてｑ方向（第３図ｂ）に変位す
る。

このとき、第３図ｂに示すように、固定支点部
Ｙから変位部１ｃの自由端までの長さをＬ、固定
支点部Ｙから入力部１ｄの自由端Ｚまでの距離を
ｌ、入力荷重Ｐによる入力部１ｄの変位をδとす
れば、変位部１ｃの自由端でのｑ方向の変位Ｑ
は、 Ｑ＝δ×Ｌ／ｌ と表わすことができる。すなわち、圧電素子７に
よる入力部１ｄの変位がL/lに拡大される。

ノズルフラツパでは、このようにして変位部１
ｃが変位するとノズル背圧が変化し、それにより
圧電素子７への入力波形のデユーテイ比が制御さ
れ、以つてノズル背圧制御が行なわれる。

以上では、本考案に係る変位機構を電圧空気圧
変換器のノズルフラツパに適用した場合について
説明したが、ノズルフラツパ以外の種々のもの、
すなわち、数10μm〜数100μmの微小変位を得る
種々の形態の変位機構にも本考案を適用できる。
また、板ばね１、本体２等の形状等は上記実施例
に限定されない。

Ｇ 考案の効果 本考案は以上のように構成したから、比較的変
位量の小さい積層型圧電素子を用いて簡単な構成
で、バイモルフ型圧電素子と同等の数10μm〜数
100μmの比較的大きな変位を得ることができ、従
来のバイモルフ型圧電素子による変位機構の問題
点をすべて解決できる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第８図は本考案の一実施例を示し、第
１図は第２図の−線断面図、第２図は平面
図、第３図ａ，ｂは板ばねの平面図および側面
図、第４図ａ，ｂ，ｃは本体の平面図、側面図お
よび斜視図、第５図ａ，ｂはばね押さえの平面図
および側面図、第６図ａ，ｂは押さえ板の正面
図、側面図、第７図ａ，ｂは支持板の正面図、側
面図、第８図は圧電素子への入力波形の一例を示
す図、第９図は従来のバイモルフ型圧電素子を用
いたノズルフラツパの一例を示す図である。 １……板ばね、１ｃ……変位部、１ｄ……入力
部、２……本体、２ａ……取付部、２ｂ……柱状
部、５……ばね押さえ、６……止め板、７……積
層型圧電素子、８，１１……押さえ板、９……支
持板。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 板ばねを本体に片持支持し、本体から突出した
   板ばねの変位部の途中には、前記本体に向かつて
   変位部から所定の傾斜角で立上がつた入力部が連
   設され、その入力部の自由端には、その自由端を
   前記変位部の固定端を支点として変位させること
   により変位部全体をその固定端を支点として変形
   させる積層型圧電素子が取付けられると共に、こ
   の積層型圧電素子の伸縮方向と前記入力部の立上
   がり方向が略一致するように当該圧電素子が配設
   されたことを特徴とする変位機構。