JPH04340280A

JPH04340280A - 圧電アクチュエータ

Info

Publication number: JPH04340280A
Application number: JP3164761A
Authority: JP
Inventors: Riki Ko; 理樹洪; Yoshiyuki Tani; 谷　義之; Akiyoshi Morita; 森田　明義
Original assignee: K G S KK
Current assignee: K G S KK
Priority date: 1990-07-06
Filing date: 1991-07-05
Publication date: 1992-11-26

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、圧電素子片の湾曲変
位を作動源とした圧電アクチュエータに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】圧電素子片の湾曲変位を作動源とした圧
電アクチュエータは従来より知られており、この技術を
点字セル等に適用するに当たって触指圧の増大を図る目
的で、圧電素子片の略中央部分を自由度をもって支持す
る圧電アクチュエータの技術を本願発明者らは特開昭６
２−２３７７８０号に提案している。

【０００３】この技術は図４に示すように、弾性導電材
の薄板である可動バネ１の両面に圧電層２ａ，２ｂ　を
それぞれの電気分極方向が同方向になるように接着積層
するとともに、これら圧電層２ａ，２ｂ　の可動バネ１
に対向する外側面に導電膜２ｃ，２ｄ　を形成して、短
絡片３にて両圧電層の導電膜２ｃ，２ｄ　相互間を接続
しており、さらに圧電層２ａの導電膜２ｃの基部に電圧
印加用のリード線４を接続して圧電素子片５を構成して
いる。

【０００４】この圧電素子片５の一端である基端５ａは
図示しない基体に固定され、その略中央位置はこの圧電
素子片５の湾曲に対して自由度を有する支点６ａ，６ｂ
により支持されている。また他端の自由端５ｂは圧電素
子片の湾曲動作により破線で示す触知ピン等を変位させ
るように形成されている。

【０００５】このように構成された可動バネ１と両導電
膜２ｃ，２ｄ　との間に直流電圧を印加すると、その印
加電圧の極性に応じた方向に両圧電層２ａ，２ｂ　が逆
圧電効果で歪み、圧電素子片５を基端５ａと支点６ａ，
６ｂとを湾曲支点として図５の実線または二点鎖線に示
すように湾曲させる。

【０００６】この圧電アクチュエータを点字表示用とし
て使用するとした場合、同図で実線に示すような方向に
湾曲させた状態はブライユ点字文字を表示している状態
を示しているが、触知ピンを指で触れた場合の触指押圧
は、圧電素子片５の略中央位置が支点６ａ，６ｂで支持
されているので、基端５ａの位置のみで固定支持されて
いるものに比べて大幅に触指圧を高めることができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年こ
の種点字セル等もさらに小形化の要求が強まり、この要
求に応ずる技術の開発が望まれてきた。

【０００８】圧電アクチュエータを利用した点字セルを
小形化するには、圧電素子片をさらに薄く形成して、こ
の圧電素子片の長さを短くした場合でもストローク値を
大きくとれるようにする方法が考えられるが、装置の小
形化を達成するため単に圧電素子片を薄くして短くする
方法は、前記した本願発明者らが提案した技術をもって
しても、触指圧を所要値に確保してかつ必要ストローク
値をも同時に確保することは困難であった。この発明は
、このような問題を解決して装置の小形化が可能な圧電
アクチュエータを提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明の圧電アクチュ
エータは、図１に示すように、弾性導電材料の薄板の両
面に圧電層を形成した圧電素子片の基端が固定され、前
記薄板と圧電層間に所要極性の直流電圧を印加すること
により、この圧電素子片に印加される直流電圧の極性に
応じた方向に湾曲し圧電素子片の自由端がこの湾曲によ
り変位する圧電アクチュータにおいて、前記圧電素子片
の中央位置より前記基端側に近い位置に設けられ圧電素
子片を湾曲に対して自由度をもって支持する支点６と、
この支点と基端との間に設けられ圧電素子片の湾曲変位
を規制するストッパ７とを設けることを特徴としている
。また、支点６の位置を基端の固定位置より圧電素子片
の長さＬのほぼ３５％以上４５％未満の位置に設けるこ
とも特徴としている。さらに、圧電素子片の自由端に圧
電素子片の動きを拘束する自由端ストッパ９または１０
を設けることも特徴としている。

【００１０】

【作用】このように構成することにより、支点６を圧電
素子片の中央より基端に近い位置に設けることで、より
自由端のストローク値を大きく確保することができる。また、自由端ストッパ９により点字表示時における圧電
素子片の湾曲変位を規制するとともに、ストッパ７によ
り自由端押し下げ時における圧電素子片の湾曲変位を規
制するので、自由端におけるバネ圧を所要値に確保する
こともできる。また、支点６の位置を基端の固定位置よ
り圧電素子片長さのほぼ３５％以上４５％未満の位置に
設けることで所要の触指圧を確保できる。

【００１１】さらに、圧電素子片の自由端に上側または
下側ストッパ９または１０を設けることで圧電素子片の
動きを拘束して、圧電素子片の破損やチャタリングを防
止できる。

【００１２】

【実施例】以下図面を参照しながらこの発明の一実施例
を説明する。図１はこの実施例の圧電アクチュエータの
概略構成を説明するための側面図で、厚さ０．１ｍｍ　
で長さ５５ｍｍのニッケル合金系の弾性導電材でなる薄
板状の可動バネ１の両面に圧電材料ＰＺＴからなる厚さ
約０．２５ｍｍの圧電層２ａ，２ｂ　をそれぞれの電気
分極が同方向になるように接着積層するとともに、この
圧電層２ａ，２ｂの可動バネ１に対向する外側面に導電
膜２ｃ，２ｄを形成し、短絡片３にて両圧電層２ａ，２
ｂの導電膜２ｃ，２ｄ相互間を接続しており、さらに圧
電層２ａの導電膜２ｃの基部には電圧印加用のリード線
４が接続されて、厚さ約０．６５ｍｍの圧電素子片５を
構成している。

【００１３】この圧電素子片５はその一端である基端５
ａは、図示しない基体に固定されている。また長さＬの
圧電素子片５の中央位置より基端に近い、基端よりＬ１
　の位置には、圧電素子片５の湾曲に対して自由度をも
って支持するための支点６が基体に一体に設けられてお
り、圧電素子片５は基端５ａとこの支点６とにより支持
されている。また支点６と基端５ａとの略中間の位置に
は支点６と基端５ａとの間の圧電素子片５の上側方向の
湾曲変位を規制するストッパ７が基体に一体に設けられ
ている。また、圧電素子片５の他端の自由端５ｂはこの
圧電素子片５の湾曲動作により変位し、例えばこの自由
端５ｂの位置に設けられる破線で示す触知ピン８を変位
させるように構成されている。

【００１４】また、触知ピン８の上方に自由端５ｂの上
方向ストロークを規制するための上側ストッパ９を設け
るとともに、自由端５ｂの下方に下方向ストロークを規
制する下側ストッパ１０を設けている。

【００１５】このように構成された可動バネ１と両導電
膜２ｃ，２ｄとの間に直流電圧を印加すると、その印加
電圧の極性に応じた方向に両圧電層２ａ，２ｂ　が歪み
、圧電素子片５を支点６を湾曲支点として例えば、図２
の実線に示すように湾曲して、圧電素子片５の自由端５
ｂは触知ピン８を介して上側ストッパ９に当接する。こ
のとき、圧電素子片５の中間部は支点６に当接して、自
由端５ｂの初期押圧力を所定値に保つようにしている。

【００１６】また、触読するため触知ピン８を指で押す
と、図２の二点鎖線にしめすように圧電素子片５はバネ
力に反して下方に湾曲する。このとき、圧電素子片５の
基端５ａと支点６との中間部はストッパ７に当接して、
最終押圧力を所定値に保つようにしている。

【００１７】図３（ａ）（ｂ）はこの実施例において、
図２に示すように湾曲作動させた圧電素子片５の自由端
５ｂにおける初期押圧力と最終押圧力のそれぞれを、基
端５ａと支点６との位置の中間に設けられているストッ
パ７を圧電素子片５との間のギャップｇを０．２　ｍｍ
程度にするとともにその位置を基端５ａとの位置間隔Ｌ
２　を１０ｍｍに設定し、支点６の位置Ｌ１　を変化さ
せて測定したデータである。なお、ギャップｇは非通電
状態での圧電素子片５の上面からストッパ７の下面まで
の間隔値を示している。同図（ｂ）　の破線で示すデータは、この実施例のデー
タと比較するため、この実施例と同じ構造であるが、ス
トッパ７を設けない比較例の最終押圧力のデータである
。

【００１８】なお、初期押圧力とは、図２の実線に示す
湾曲作動させた圧電素子片５において、自由端５ｂを上
方より最少限の所定値押し下げたときの自由端５ｂにお
けるバネ圧力であり、最終押圧力とは自由端５ｂを上方
より押し下げ、同図で二点鎖線にて示す方向に約０．８
　ｍｍ程度変位させたときの自由端５ｂにおけるバネ圧
力である。またこれらのデータは基端５ａと支点６との
位置間隔の値Ｌ１　を、圧電素子片５の長さＬ（約５０
ｍｍ）との百分率で示している。

【００１９】実施例の圧電アクチュエータを点字セルの
素子として使用する場合には触指圧で初期押圧力が５ｇ
ｆ以上で、最終押圧力が１５ｇｆ以上あることが望まし
いが、これらのデータによればこれを満足する基端５ａ
と支点６との位置間隔Ｌ１　は、圧電素子片５の長さＬ
の３５〜４５％程度である。つまり基端５ａと支点６と
の位置間隔が圧電素子片５の長さの４５％以上であると
初期押圧力が５ｇｆ以下に減少して好ましくなく、また
基端５ａと支点６との位置間隔が圧電素子片５の長さの
３５％未満であると最終押圧力が１５ｇｆ以下になって
これも好ましくない。

【００２０】また、図３（ｂ）　のデータから明らかな
ように、ストッパ７を設けたものの実線で示すデータは
ストッパ７を設けないものの破線のデータに比べて最終
押圧力が改善されているのが判る。これは自由端５ｂを
押し下げそのストロークが最終に近付いたとき、圧電素
子片５の湾曲変位部がストッパ７に当接しその変位が規
制されるからである。

【００２１】また、自由端に下側ストッパ１０を設ける
ことで、運搬中などにおける衝撃などによる圧電素子片
５の破損を防止でき、さらに、チャタリングを抑制する
こともできる。なお、この発明は上記実施例に限定され
るものではなく、要旨を変更しない範囲で変形して実施
できる。

【００２２】例えば、この実施例では可動バネとしてニ
ッケル合金系のものを説明したが、燐青銅などの材料で
も実施できる。また圧電材料としてＰＺＴ以外のものを
使用しても実施できる。また、実施例では、支点として
圧電素子片の下側のみを支えるものを説明したが、支点
は圧電素子片を自由度をもって上下で支える構造も実施
できる。

【００２３】

【発明の効果】この発明によれば、圧電素子片自由端の
バネ圧を所定値以上に確保しかつ必要ストローク値を得
ることができるので、装置の小形化が可能な圧電アクチ
ュエータを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例の側面図。

【図２】同実施例の圧電素子片の湾曲変位を説明する図
。

【図３】同図（ａ）（ｂ）は、それぞれ同実施例におい
て支点位置を変化させた場合の初期押圧力および最終押
圧力のデータ。

【図４】従来の圧電アクチュエータの側面図。

【図５】図４に示す圧電アクチュエータの作動説明図。

【符号の説明】

１……可動バネ　　　　　　　　２ａ，２ｂ　…圧電層
　　　　　　　　２ｃ，２ｄ　…導電膜３……短絡片　　　　　　　　　　４……リード線５…
…圧電素子片　　　　　　５ａ……基端　　　　　　　
　　　　　５ｂ……自由端６……支点　　　　　　　　　　　　６ａ……下側支点
　　　　　　　　６ｂ……上側支点７……ストッパ　　　　　　　　８……触知ピン　　　
　　　　　９……上側ストッパ１０…下側ストッパ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】弾性導電材料の薄板の両面に圧電層を形成
した圧電素子片の基端が固定され、前記薄板と圧電層間
に所要極性の直流電圧を印加することにより、この圧電
素子片に印加される直流電圧の極性に応じた方向に湾曲
し圧電素子片の自由端がこの湾曲により変位する圧電ア
クチュータにおいて、前記圧電素子片の中央位置より前
記基端側に近い位置に設けられ圧電素子片を湾曲に対し
て自由度をもって支持する支点と、この支点と基端との
間に設けられ圧電素子片の湾曲変位を規制するストッパ
とを具備することを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項２】支点を基端の固定位置より圧電素子片長さ
の３５％以上４５％未満の位置に設けることを特徴とす
る請求項１記載の圧電アクチュエータ。
【請求項３】圧電素子片の自由端に上側ストッパもしく
は下側ストッパの少なくとも一方を設けることを特徴と
する請求項１または２に記載の圧電アクチュエータ。