JPH04258501A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、積層圧電体の変位を
大きな出力変位に変換する圧電アクチュエータに関する
。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の圧電アクチュエータとし
ては、例えば特開昭５９−２０６６９９号公報等に開示
されているように、印加電圧によって積層圧電体を変位
させ、かつその変位を２つのピストンの面積比で拡大し
、これを出力変位とするように構成されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の圧電アクチュエータにあっては、上記の如く
積層圧電体の変位を単に２つのピストンの面積比で拡大
するのみであるため、その拡大された変位出力に限界が
あり、かつ大きな変位出力が得られなかった。

【０００４】この発明は、上述の事情に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、積層圧電体の変位を
大きな変位出力に変換できる圧電アクチュエータを提供
することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は第１のピストン及びこれより小断面積の
第２のピストンが摺動可能に配設されたシリンダを有し
、第１のピストンから第２のピストンに積層圧電体の変
位を伝えることにより、その変位が第２のピストンで変
位出力として拡大される圧電アクチュエータにおいて、
上記第１及び第２のピストン間で摺動可能に配設され、
かつ上記第２のピストンと同断面積又は第２のピストン
より小断面積に形成された第３のピストンと、上記第３
及び第２のピストン間で摺動可能に配設され、かつ上記
第２のピストンと同断面積又は第２のピストンより小断
面積に形成された第４のピストンと、上記第４のピスト
ンが第２のピストン側へ摺動する際、第４及び第３のピ
ストンで仕切られる室と、第４及び第２のピストンで仕
切られる室とを連通させる弁と、上記第４のピストンが
第１のピストン側へ摺動する際、第４及び第３のピスト
ンで仕切られる室と、リザーブタンクとを連通させる弁
と、上記第３のピストンが第１のピストン側へ摺動する
際、第２及び第４のピストンで仕切られる室と、リザー
ブタンクとを連通させる弁と、を具備することを特徴と
する。

【０００６】

【作用】この発明によれば、積層圧電体が伸び変位した
結果、第１及び第３のピストンを介し第４のピストンが
第２のピストン側へ摺動する。この際、第４及び第３の
ピストンで仕切られる室と第４及び第２のピストンで仕
切られる室とが連通するので、第２のピストンがより一
層変位する。この状態から積層圧電体が縮み変位した結
果、第４及び第３のピストンが第１のピストン側へ摺動
する。この際、第４及び第３のピストンで仕切られる室
ならびに第２及び第３のピストンで仕切られる室とリザ
ーブタンクとが連通するので、第２のピストンのみが変
位した状態に維持され、他のピストンは元の位置に戻る
。これにより、積層圧電体を複数回に亘って伸縮変位さ
せれば、第２のピストンに大きな変位出力が得られる。

【０００７】

【実施例】以下、この発明に係る圧電アクチュエータの
一実施例について図１及び図３を用いて詳細に説明する
。

【０００８】この圧電アクチュエータは、図１に示す如
く筐体１内に第１及び第２のシリンダ２，３を有し、第
２のシリンダ３内部は、第１のシリンダ２内部に連通し
、かつその内径が第１のシリンダ２内径より小さく形成
されている。

【０００９】また、第１のシリンダ２内部には第１のピ
ストン４が、第２のシリンダ３内部には第２のピストン
５が摺動自在にそれぞれ配設されており、第２のピスト
ン５は第１のピストン４より小断面積に形成され、第１
のピストン４は積層圧電体６の伸縮変位で第１のシリン
ダ２内部を前後進するように構成されている。

【００１０】さらに、第２のシリンダ３内部には第３の
ピストン７が設けられており、この第３のピストン７は
第１及び第２のピストン４，５間で摺動可能に配設され
、かつ第２のピストン５と同断面積に形成されている。 一方、第２のシリンダ３内部には第４のピストン８が設
けられており、この第４のピストン８は第２及び第３の
ピストン５，７間で摺動可能に配設され、かつ第２のピ
ストン５と同断面積に形成されている。

【００１１】また、上記第４のピストン８は、その両端
側にバネ９，９及びストッパー１０，１０を有し、この
バネ１０，１０により所定の位置に付勢されている。

【００１２】ところで、上記第４のピストン８には連絡
路１１が形成されており、この連絡路１１一端は第３及
び第４のピストン７，８で仕切られる室（以下、第２油
室という）１２に向かって開口されている。一方、連絡
路１１他端は、第４のピストン８が第２のピストン５側
へ摺動する際、ポート１３一端に対面するように設けら
れ、そのポート１３他端は第２及び第４のピストン５，
８で仕切られる室（以下、第３油室という）１４に開口
されている。逆に、第４のピストン８が第１のピストン
４側へ摺動する際、上記連絡路１１他端はポート１５一
端に対面するように設けられ、そのポート１５他端はリ
ザーブタンク１６に開口されている。

【００１３】すなわち、このような第４のピストン８は
、第２のピストン側へ摺動する際、第２油室１２と第３
油室１４とを連通せしめる一方、第１のピストン側へ摺
動する際、第２油室とリザーブタンク１６とを連通せし
める、いわゆるスプール状の弁としての機能を具備する
ように構成されいる。

【００１４】しかして、上記第３のピストン７には連絡
路１７が形成されており、この連絡路１７一端は、第３
のピストン７が第１のピストン４側へ摺動する際、ポー
ト１８一端に対面するように設けられ、そのポート１８
他端は上記リザーブタンク１０に開口されいる。一方、
連絡路１７他端は、上記と同様に第３のピストン７が摺
動する際、ポート１９一端に対面するように設けられ、
ポート１９の他端は上記第３の油室１４に開口されてい
る。

【００１５】すなわち、このような第３のピストン７は
、第１のピストン４側へ摺動する際、第３の油室１４と
リザーブタンク１０とを連通せしめる、いわゆるスプー
ル状の弁としての機能を具備するように構成されている
。

【００１６】次に、上記の如く構成された圧電アクチュ
エータの動作について図２ないし図３を用いて説明する
。なお、ここでは第１及び第３のピストン４，７で仕切
られる室を第１の油室２０と呼ぶ。

【００１７】図２（ａ）は圧電アクチュエータの初期状
態を示しており、この状態で積層圧電体６に電圧を印加
する。その結果、積層圧電体６の伸び変位が始まるとと
もに、これに連動して第１のピストン４の前進が始まる
。これと同時に、第１の油室２０のオイルを介して第３
のピストン７も前進する。この際、第３のピストン７は
第１のピストン４より小断面積に形成されているので、
第１のピストン４に比べて大きく前進する。なお、第１
のピストン７は最大で数十μｍ移動するのに対し、第３
のピストン７は最大で十数ｍｍ移動する。

【００１８】そして、上記のように第３のピストン７が
前進すると、第２油室１２のオイルを介して第４のピス
トン８が前進し、第４のピストン８が前進すると、第３
油室１４のオイルを介して第２のピストン５が前進する
。

【００１９】このように、第１ないし第４のピストン４
，５，７，８は互いに連動して前進するが、この際、各
ピストンはアウトプット軸２１側のバネ力に逆らいなが
ら前進する。また、その前進の途中で図２（ｂ）に示す
如く連絡路１１一端がポート１３一端に対面すると、こ
の連絡路１１及びポート１３を介して第２及び第３油室
１２，１４が連通する。これにより、第２油室１２のオ
イルが連絡路１１及びポート１３を経て第３油室１４へ
流入するので、第２及び第３のピストン５，７のみが第
１のピストン４に連動して前進する。その結果、積層圧
電体６が伸びきって第１のピストン４の前進が停止する
まで（図２（ｃ）参照）、第２のピストン５がより一層
前進する。

【００２０】次に、上記の如く積層圧電体６が伸びきっ
た後、その積層圧電体６に印加されている電圧を除去す
ると、図２（ｄ）に示す如く積層圧電体６の縮み変位が
始まるとともに、これに連動して第４のピストン８がア
ウトプット軸２１側のバネ力で押し戻されて後退する。 その結果、ポート１３一端と連絡路１１一端とがずれ、
かつ第２油室１２と第３油室１４とが独立する。

【００２１】その後、第４のピストン８が更に後退して
いくと、図２（ｅ）に示す如く上記連絡路１１一端がポ
ート１５一端に対面する。これにより、ポート１５及び
連絡路１１を介してリザーブタンク１６と第２油室１２
とが連通し、その結果、リザーブタンク１６のオイルが
ポート１５及び連絡路１１を経て第２油室１２に流入す
るので、第３のピストン７が第１のピストン４に連動し
て後退する一方、第２のピストン５のみが前進した状態
に維持される。

【００２２】このようにして、第１及び第３のピストン
４，７は図２（ｆ）に示す如く次第に初期状態に戻って
いくが、それらが初期状態に到達すると、リザーブタン
ク１６から第２油室１２に流入していたオイルが停止す
る一方、第４のピストン８が初期状態に戻る。

【００２３】すなわち、以上の動作で第１，第３及び第
４のピストン４，７，５は初期状態となり、第２のピス
トン５のみは前進したままの状態を維持する。

【００２４】また、積層圧電体６を複数回に亘って伸縮
変位させれば、上記のような動作が繰り返し行なわれる
ので、第２のピストン５のみが前進し続け、かつこの第
２のピストン５に大きな変位出力が得られる。

【００２５】しかして、上記のような動作が繰り返し行
われることにより、大きく変位した第２のピストン５（
図３（ａ）参照）を元の位置に戻す場合は、上記印加電
圧とは逆方向の電圧を積層圧電体６に印加する。その結
果、積層圧電体６が収縮し（図３（ｂ）参照）、これに
連動して第３のピストン７が第１のピストン４側へ移動
し、その移動の途中で連絡路１７一端とポート１８一端
とが対面する。これにより、第３油室１４とリザーブタ
ンク１６とが連通するので、第２のピストン５がアウト
プット軸２１側からバネ力で押し戻されて元の位置に戻
る（図３（ｅ）（ｄ）参照）。

【００２６】なお、上記実施例にあっては、第３及び第
４のピストンを第２のピストンと同断面積に形成したが
、これに代えて第３及び第４のピストンを第２のピスト
ンより小断面積に形成しても良い。

【００２７】

【発明の効果】この発明に係る圧電アクチュエータは、
上記の如く積層圧電体が伸び変位した結果、第４及び第
３のピストンで仕切られる室と第４及び第２のピストン
で仕切られる室とが連通して、第２のピストンがより一
層変位する一方、この状態から積層圧電体が縮み変位し
た結果、第４及び第３のピストンで仕切られる室ならび
に第２及び第３のピストンで仕切られる室とリザーブタ
ンクとが連通して、第２のピストンのみが変位した状態
に維持されるため、積層圧電体を複数回に亘って伸縮変
位させれば、第２のピストンに大きな変位出力が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る圧電アクチュエータの要部を説
明する説明用断面図。

【図２】本圧電アクチュエータの動作説明図。

【図３】本圧電アクチュエータの動作説明図。

【符号の説明】

２　　第１のシリンダ ３　　第２のシリンダ ４　　第１のピストン ５　　第２のピストン ７　　第３のピストン １１，１７　　連絡路 １２　　第２油室 １４　　第３油室 １５，１８，１９　　ポート １６　　リザーブタンク

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１のピストン及びこれより小断面積の第
   ２のピストンが摺動可能に配設されたシリンダを有し、
   第１のピストンから第２のピストンに積層圧電体の変位
   を伝える圧電アクチュエータにおいて、上記第１及び第
   ２のピストン間で摺動可能に配設され、かつ上記第２の
   ピストンと同断面積又は第２のピストンより小断面積に
   形成された第３のピストンと、上記第３及び第２のピス
   トン間で摺動可能に配設され、かつ上記第２のピストン
   と同断面積又は第２のピストンより小断面積に形成され
   た第４のピストンと、上記第４のピストンが第２のピス
   トン側へ摺動する際、第４及び第３のピストンで仕切ら
   れる室と、第４及び第２のピストンで仕切られる室とを
   連通させる弁と、上記第４のピストンが第１のピストン
   側へ摺動する際、第４及び第３のピストンで仕切られる
   室と、リザーブタンクとを連通させる弁と、上記第３の
   ピストンが第１のピストン側へ摺動する際、第２及び第
   ４のピストンで仕切られる室と、リザーブタンクとを連
   通させる弁と、を具備することを特徴とする圧電アクチ
   ュエータ。