JPH04165683A - 圧電アクチュエータ - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、圧電アクチュエータに関し、特に、電歪効果
素子がケース内に収納された形の圧電アクチュエータに
関する。

〔従来の技術〕

圧電アクチュエータは、電歪効果により、電気エネルギ
ーを機械エネルギーに変換する電歪効果素子く以下素子
と記す）を用いて、微小な機械的変位を発生するもので
ある。

素子としては、電歪材料としてセラミックスを用い、低
い電圧で大きい変位を取り出せるように、電歪材料を薄
膜化し、この電歪材料の薄膜と内部電極の薄膜とを交互
に積層し焼成した、いわゆる、積層セラミック構造のも
のが広く用いられている。

上述の積層セラミック構造は従来から知られているもの
であるが、最近の製造技術の発達には著しいものがある
。

例えば、電歪材料の薄膜化・積層技術及び焼成技術の向
上により、多層の電歪材料と内部電極とを同時に焼成す
ることが可能となり、数十層から数百層の１．積層・一
体止された素子が製造できるようになった。

又、薄膜化し、積層された内部電極を絶縁する技術につ
いても、電気泳動法や、スクリーン印刷法が実用化され
ている。

近年、上述のような製造技術の発達によって、小型で、
発生力及び変位が大きく、応答速度の早い圧電アクチュ
エータが実用に供せられるようにな−ったのに伴って、
圧電アクチュエータの用途が拡大するとともに、色々な
使用環境で、色々な用途に使用されるようになってきて
いる。

使用される環境の面からは、高湿度の雰囲気や、腐食性
などを有する各種のガス雰囲気、あるいは有機・無機薬
品の蒸気中での使用にも十分耐えることが要求される。

又、用途としては、圧電アクチュエータの高発生力を利
用して、物を強く押しつける用途や、その高変位発生特
性を利用して、物を移動する用途に用いられ、更には、
高速応答性を利用して、振動体として応用されたり・、
高速位置決め用などに使われるようになった。

圧電アクチュエータを上記のような用途、特に、振動体
や高速位置決め用などとしての用途に使用した場合、素
子は短時間に伸縮を繰り返すことになり、素子には、伸
縮の度に、素子の質量による変位方向の慣性力が生じ、
内部応力が発生することになる。

この内部応力は、素子の応答速度が速くなるほど大きく
なるので、一定速度以上の速さで電圧を印加すると、素
子が破損することがある。

ところで、素子の機械的な強度は、圧縮力に対するより
も引っ張り力に対する方が弱いので、上述のような素子
の破損を防ぐには、素子に常時圧縮力が加わるようにし
ておくことが有効であることが知られている。

このなめ、圧電アクチュエータの！Ｓ造としては、予め
素子に圧縮力が印加されているような構造になっている
ことが要求される。

従来、上述したような使用環境面及び用途面からの要求
を満たすため、素子を金属などのケース中に収納し、気
密性を高めて外気からの影響を無くすとともに、更にこ
のケースを利用して、素子に常時圧縮力が加わるように
した構造の圧電アクチュエータが提案されている。

以後、このような構造の圧電アクチュエータのことを、
ケース入り圧電アクチュエータと呼ぶこととする。

第３図に、従来のケース入り圧電アクチュエータの縦断
面の構造を示す。

素子１は、変位方向の上下両端を、接着剤２により、上
部金具３及び底部金具４に固定されておリ、底部金具４
には、素子１のリード線５を外部に引き出すためのハー
メチック端子６が設けられている。

素子１を収納するケース７は、外筒７ａと、側板７ｂを
有する伸縮部７ｃと、伸縮部７Ｃの内部を通って外筒７
ａの内部に挿入された軸７ｄと、この軸７ｄを受ける軸
受け７ｅとからなっている。

伸縮部７Ｃは、外筒７ａの上部に設けられていて、上部
が側板７ｂによって閉られ、素子１の変位方向に伸縮が
可能である。

軸７ｄは、側板７ｂの中央に突設され、外筒７ａの内部
に挿入された部分にコイルばね８が取り付けられている
。

軸７ｄの、外筒７ａ内に挿入された部分の端部にはねじ
穴が加工されており、コイルばね８は、このねじ穴にね
じ込まれたストッパ９によって圧縮され、反発力で、素
子１に変位方向と反対方向の圧縮力を加えている。

又、外筒７ａ下端部には、前述の底部金具４を固定する
ためのねじ切りがなされており、外筒７ａと底部金具４
とが一体化されている。

以上説明したような構造のケース入り圧電アクチュエー
タでは、素子１が金属製のケース７に収納されて、コイ
ルばね８からの圧縮力を常に受ける状態になっている。

従って、急激な電圧を印加された時や、高速で変位を得
る用途に使用された時でも、素子１が破損することがな
い。

又、ケース７の各部分の結合部及び外筒７ａと底部金具
４との結合部が溶接により密閉されているので、種々の
雰囲気中での使用にも耐え得る。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来のケース入り圧電アクチュエータは、ケー
ス７の内部にコイルばね８を有し、このコイルばね８の
反発力で、素子１に、常時、変位方向と反対方向の圧縮
力を加えている。

ところが、このコイルばね８は、圧電アクチュエータを
数百ガロから数千ガロ繰り返し伸縮させると、ばねの反
発力が減少したり、破損したりすることがある。

このような場合、上述した従来のケース入り圧電アクチ
ュエータでは、外部の雰囲気に対する気密性をよくする
ために、ケース７及び底部金具４の各結合部が溶接され
ているので、コイルばね８を交換することができない。

一方、コイルばね８が交換可能であるようにするには、
０リングを使って気密を保つ構造にならざるをえないた
め、溶接で気密封止する構造に比べて気密性が低下した
り、使用される雰囲気の種類によっては、０リングが劣
化して気密性が経時的に悪化するなめ、雰囲気ガスの影
響を受は易くなるという欠点がある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の圧電アクチュエータは、 電歪効果により機械的変位を発生する素子と、前記素子
を収納する収納部と、 一端が側板によって閉じられ、他の一端が、前記収納部
の、前記素子の変位方向に垂直な一の面に結合され、前
記変位方向に伸縮可能な伸縮部と、 前記側板の一方の面に突設され、前記伸縮部と、前記収
納部の前記伸縮部が結合された面とを貫通して、前記収
納部内に挿入された第１の軸と、 前記側板の他の面に突設された第２の軸と、前記側板と
前記伸縮部を含む部分を覆い、上蓋部に設けられた貫通
孔を前記第２の軸が貫通して外部に突出するように前記
収納部に取り付けられたキャップと、 前記キャップの上蓋部と前記側板との間に設けられ、前
記変位方向と反対方向に反発力を発生する圧縮された弾
性体とを含み、 前記キャップが、前記収納部に、取り外し可能なように
取り付けられ、 前記素子が、前記側板と前記伸縮部と前記収納部とによ
って気密封止され、前記第１の軸を介して、前記反発力
によって、前記変位方向と反対方向に、常時圧縮力を印
加されていることを特徴とする特 〔実施例〕 次に、本発明について、図面を参照して説明する。

第１図は、本発明の第１の実施例の構造を示す縦断面図
である。

ケース７は、外筒７ａと、この上部に設けられた、伸縮
が可能なベローズ製の伸縮部７ｃと、伸縮部７ｃの側板
７ｂの中央より外筒７ａの内部に突設しな軸７ｄと、こ
の軸７ｄを受ける軸受け７ｅと、側板７ｂの中央からケ
ース７の外側に突設された軸７ｆとからなっている。

側板７ｂ、伸縮部７ｃ及び軸受け７ｅは、それぞれ溶接
にて、気密性高く結合されている。

側板７ｂよりケース７の外部に突設された軸７ｆには、
コイルばね８が取り付けられており、コイルばね８は、
押え板１１を介して、キャップ１０によって所定の反発
力が発生するように圧縮されている。

キャップ１０は、外筒７ａの上部に加工されたねじ部１
２で固定されている。

このような構造の本実施例の圧電アクチュエータでは、
キャップ１０と外筒７ａとの固定を、ねじで行っている
ので、キャップ１０を取り外すことが可能であり、コイ
ルばね８を交換することができる。

又、キャップ１０のねし込みの深さを変えることにより
、コイルばね８のストロークを変えることができるので
、素子１に対する圧縮力を調整することができる。

なお、本実施例において、外筒７ａの底部金具４側、素
子１．リード線５．ハーメチック端子６、上部金具３及
び底部金具４を含む部分の構造は、従来のケース入り圧
電アクチュエータの構造と同一であるので、説明を省略
した。

次に、本発明の、第２の実施例について説明する。

第２図は、本発明の、第２の実施例の構造を示す縦断面
図である。

第２の実施例は、素子１に対する変位方向の圧縮力の発
生源として、皿ばね１３を使用したものである。

本実施例のケース入り圧電アクチュエータは、第１の実
施例の効果を含み、更に、皿ばね１３を用いたことによ
り、高圧縮力をコンパクトな形状で発生できるという効
果も併せ持っている。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、素子に圧縮力を
加える方法として、伸縮部の外側に圧縮された弾性体を
設けるとともに、この弾性体を圧縮する方法として取り
外し可能なキャップを用いることにより、従来のケース
入り圧電アクチュエータでは、繰り返し伸縮させて弾性
体の反発力が減少したり、弾性体が破損した場合、圧電
アクチュエータとしての機能が損われ、修復することが
不可能であったのに対して、弾性体を容易に交換するこ
とが可能であるので、圧電アクチュエータとしての寿命
を著しく延ばすことができる。

又、従来の圧電アクチュエータでは、弾性体をケース内
に設けていたために、素子をケース内に組み込んでしま
った後では、圧縮力の調整が不可能であったが、本発明
によれば、素子をケース内に組み込んだ後からでも弾性
体の圧縮の度合を変えることができ、素子に対する圧縮
力を調整することができるので、使用条件に合せた最適
な圧縮力を素子に加えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１の実施例の構造を示す縦断面図
、第２図は、本発明の第２の実施例の構造を示す縦断面
図、第３図は、従来のケース入り圧電アクチュエータの
構造を示す縦断面図である。 １・・・素子、２・・・接着剤、３・・・上部金具、４
・−・底部金具、５・・・リード線、６・・・ハーメチ
ック端子、７・・・ケース、７ａ・・・外筒、７ｂ・・
・側板、７Ｃ・・・伸縮部、７６．７ｆ・・・軸、７ｅ
・・・軸受け、８・・・コイルばね、９・・・ストッパ
、１０・・・キャップ、１］・・・押え板、１２・・・
ねじ部、１３・・・皿ばね。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．電歪効果により機械的変位を発生する素子と、 前記素子を収納する収納部と、 一端が側板によつて閉じられ、他の一端が、前記収納部
   の、前記素子の変位方向に垂直な一の面に結合され、前
   記変位方向に伸縮可能な伸縮部と、 前記側板の一方の面に突設され、前記伸縮部と、前記収
   納部の前記伸縮部が結合された面とを貫通して、前記収
   納部内に挿入された第１の軸と、 前記側板の他の面に突設された第２の軸と、前記側板と
   前記伸縮部を含む部分を覆い、上蓋部に設けられた貫通
   孔を前記第２の軸が貫通して外部に突出するように前記
   収納部に取り付けられたキャップと、 前記キャップの上蓋部と前記側板との間に設けられ、前
   記変位方向と反対方向に反発力を発生する圧縮された弾
   性体とを含み、 前記キャップが、前記収納部に、取り外し可能なように
   取り付けられ、 前記素子が、前記側板と前記伸縮部と前記収納部とによ
   って気密封止され、前記第１の軸を介して、前記反発力
   によつて、前記変位方向と反対方向に、常時圧縮力を印
   加されていることを特徴とする圧電アクチュエータ。
2. ２．請求項１記載の圧電アクチュエータにおいて、前記
   キャップが、前記収納部に、前記弾性体に対する圧縮量
   が調整可能なように取り付けられていることを特徴とす
   る圧電アクチュエータ。
3. ３．請求項１又は請求項２記載の圧電アクチュエータに
   おいて、 前記弾性体がコイルばねであり、前記第１の軸が前記コ
   イルばねを貫通している構造であることを特徴とする圧
   電アクチュエータ。
4. ４．請求項１又は請求項２記載の圧電アクチュエータに
   おいて、 前記弾性体が皿ばねであり、前記第１の軸が前記皿ばね
   を貫通している構造であることを特徴とする圧電アクチ
   ュエータ。