JPH05304324A - 圧電式アクチュエータ - Google Patents
圧電式アクチュエータInfo
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- JPH05304324A JPH05304324A JP4108209A JP10820992A JPH05304324A JP H05304324 A JPH05304324 A JP H05304324A JP 4108209 A JP4108209 A JP 4108209A JP 10820992 A JP10820992 A JP 10820992A JP H05304324 A JPH05304324 A JP H05304324A
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- Japan
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- piezoelectric
- metal plate
- actuator
- piezoelectric actuator
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- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 簡単な構成で、比較的大きな作動発生力並び
に変位量を同時に得ることができる圧電式アクチュエー
タを得る。 【構成】 円板状の金属板２０の一面にその周縁部を残
して同じく円板状の圧電素子２２を接着して形成した２
枚の圧電ユニモルフ１２を、前記周縁部にスペーサ２４
を介在させると共に各圧電素子２２を対向させて１つの
圧電ユニット１４を構成し、さらにこの圧電ユニット１
２を、例えば円筒状容器２６内に複数個を順次直列にし
て積層する。
に変位量を同時に得ることができる圧電式アクチュエー
タを得る。 【構成】 円板状の金属板２０の一面にその周縁部を残
して同じく円板状の圧電素子２２を接着して形成した２
枚の圧電ユニモルフ１２を、前記周縁部にスペーサ２４
を介在させると共に各圧電素子２２を対向させて１つの
圧電ユニット１４を構成し、さらにこの圧電ユニット１
２を、例えば円筒状容器２６内に複数個を順次直列にし
て積層する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、微小（μｍ単位）な機
械的変位を電気的信号として発生する圧電式アクチュエ
ータに係り、殊に精密天秤等の水平位置決めなどに使用
する圧電式アクチュエータに関する。
械的変位を電気的信号として発生する圧電式アクチュエ
ータに係り、殊に精密天秤等の水平位置決めなどに使用
する圧電式アクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、この種の圧電式アクチュエータ
は、通常、積層した複数の板状圧電素子からなり、そし
てこの板状圧電素子の厚さ方向変位を重合するよう構成
した積層形アクチュエータとして、または、内部に円板
状あるいは矩形状の金属板を挾み込んで周縁部を接合し
た２枚の圧電素子から形成するバイモルフからなり、こ
のバイモルフの屈曲変形による中心部の変位を利用する
よう構成したバイモルフ形アクチュエータとして知られ
ている。
は、通常、積層した複数の板状圧電素子からなり、そし
てこの板状圧電素子の厚さ方向変位を重合するよう構成
した積層形アクチュエータとして、または、内部に円板
状あるいは矩形状の金属板を挾み込んで周縁部を接合し
た２枚の圧電素子から形成するバイモルフからなり、こ
のバイモルフの屈曲変形による中心部の変位を利用する
よう構成したバイモルフ形アクチュエータとして知られ
ている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の圧電式アクチュエータは、それぞれ以下に述べるよ
うな難点を有していた。
来の圧電式アクチュエータは、それぞれ以下に述べるよ
うな難点を有していた。
【０００４】すなわち、先ず初めに、積層形アクチュエ
ータは、その構成上において、大きな作動発生力を有す
る（通常、数１０乃至数１００Ｋｇ）が、反面変位量が
小さい（通常、数１０μｍ以下）という基本的な難点を
有する。一方、バイモルフ形アクチュエータは、その構
成上において、大きな変位量を有する（通常、３００μ
ｍ）が、反面作動発生力が小さい（通常、１０ｇ以下）
という基本的な難点を有する。このため、従来のこの種
の圧電式アクチュエータは、比較的大きな作動発生力並
びに変位量を共に必要とする精密天秤などに対しては、
基本的に適用が不適であつた。
ータは、その構成上において、大きな作動発生力を有す
る（通常、数１０乃至数１００Ｋｇ）が、反面変位量が
小さい（通常、数１０μｍ以下）という基本的な難点を
有する。一方、バイモルフ形アクチュエータは、その構
成上において、大きな変位量を有する（通常、３００μ
ｍ）が、反面作動発生力が小さい（通常、１０ｇ以下）
という基本的な難点を有する。このため、従来のこの種
の圧電式アクチュエータは、比較的大きな作動発生力並
びに変位量を共に必要とする精密天秤などに対しては、
基本的に適用が不適であつた。
【０００５】なお、前述した難点をそれぞれ解決するた
めに、例えば前者の難点については、特開昭６０ー６４
２１２号公報に開示されるように、例えば各積層圧電素
子の間に内部電極を介挿してその中央部に貫通孔を穿設
すると共に、この貫通孔に結合棒を挿通し、前記内部電
極に交互に且つ繰返して電気信号を作用させて前記結合
棒を繰返し移動することにより、変位量を増大するよう
にした構成（以下、変位拡大機構と称する）が提案され
ている。しかしながら、この方法は、通常の積層形アク
チュエータあるいはバイモルフ形アクチュエータと比較
して、構造が複雑となると共に殊に価格が甚だしく高価
となる決定的な欠点を有する。
めに、例えば前者の難点については、特開昭６０ー６４
２１２号公報に開示されるように、例えば各積層圧電素
子の間に内部電極を介挿してその中央部に貫通孔を穿設
すると共に、この貫通孔に結合棒を挿通し、前記内部電
極に交互に且つ繰返して電気信号を作用させて前記結合
棒を繰返し移動することにより、変位量を増大するよう
にした構成（以下、変位拡大機構と称する）が提案され
ている。しかしながら、この方法は、通常の積層形アク
チュエータあるいはバイモルフ形アクチュエータと比較
して、構造が複雑となると共に殊に価格が甚だしく高価
となる決定的な欠点を有する。
【０００６】また、後者の難点については、例えば特開
平１ー２８３０６９号公報に開示されるように、圧電素
子間に挾み込まれる金属板に、同心円状の環状溝を設け
てその剛性を小さく設定することにより、バイモルフの
屈曲変形を増大して変位量をさらに増大するようにした
構成が提案されている。
平１ー２８３０６９号公報に開示されるように、圧電素
子間に挾み込まれる金属板に、同心円状の環状溝を設け
てその剛性を小さく設定することにより、バイモルフの
屈曲変形を増大して変位量をさらに増大するようにした
構成が提案されている。
【０００７】しかしながら、この方法は、金属板の剛性
の低下により作動発生力をさらに低下させることは明ら
かである。
の低下により作動発生力をさらに低下させることは明ら
かである。
【０００８】そこで、本発明の目的は、構造が簡単で安
価に構成できると共に、比較的大きな作動発生力並びに
変位量を同時に得ることができる圧電式アクチュエータ
を提供することにある。
価に構成できると共に、比較的大きな作動発生力並びに
変位量を同時に得ることができる圧電式アクチュエータ
を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】先の目的を達成するため
に、本発明に係る圧電式アクチュエータは、円板状の金
属板の一面にその周縁部を残して同じく円板状の圧電素
子を接着してなる２枚の圧電ユニモルフを、前記周縁部
にスペーサを介在させると共に前記各圧電素子を対向さ
せて１つの圧電ユニットを構成したことを特徴とする。
に、本発明に係る圧電式アクチュエータは、円板状の金
属板の一面にその周縁部を残して同じく円板状の圧電素
子を接着してなる２枚の圧電ユニモルフを、前記周縁部
にスペーサを介在させると共に前記各圧電素子を対向さ
せて１つの圧電ユニットを構成したことを特徴とする。
【００１０】この場合、各圧電ユニットは、複数個直列
に積層することができる。
に積層することができる。
【００１１】
【作用】本発明を構成する各圧電ユニットは、円板状の
金属板の一面にその周縁部を残して同じく円板状の圧電
素子を接着した２枚の圧電ユニモルフから構成されてい
る。従って、前記ユニットは、比較的大きな変位量を発
揮し、かつこれと同時に、均一な金属板の剛性を有する
ことから比較的大きな作動発生力を発揮する。さらに、
本発明の圧電式アクチュエータは、前記ユニットの複数
個を直列に積層するため、前記個数を適宜選定すること
により前記変位量を適宜設定することが可能である。
金属板の一面にその周縁部を残して同じく円板状の圧電
素子を接着した２枚の圧電ユニモルフから構成されてい
る。従って、前記ユニットは、比較的大きな変位量を発
揮し、かつこれと同時に、均一な金属板の剛性を有する
ことから比較的大きな作動発生力を発揮する。さらに、
本発明の圧電式アクチュエータは、前記ユニットの複数
個を直列に積層するため、前記個数を適宜選定すること
により前記変位量を適宜設定することが可能である。
【００１２】
【実施例】次に、本発明に係る圧電式アクチュエータの
一実施例を添付図面を参照しながら以下詳細に説明す
る。
一実施例を添付図面を参照しながら以下詳細に説明す
る。
【００１３】図１ないし図７において、本発明に係る圧
電式アクチュエータ１０は、先ず基本的には、２枚の圧
電ユニモルフ１２を接合して圧電ユニット１４を形成
し、そしてこの圧電ユニット１４を複数個（図において
は５個）積層することにより構成する。以下、これらに
ついてさらに詳細に説明する。
電式アクチュエータ１０は、先ず基本的には、２枚の圧
電ユニモルフ１２を接合して圧電ユニット１４を形成
し、そしてこの圧電ユニット１４を複数個（図において
は５個）積層することにより構成する。以下、これらに
ついてさらに詳細に説明する。
【００１４】先ず、圧電ユニモルフ１２は、円板状の金
属板２０の一面にその周縁部を残して同じく円板状の圧
電素子２２を接着することにより形成する。なお、この
圧電ユニモルフ１２は、例えば通常のスピーカあるいは
ブザーに使用するものと同一である。
属板２０の一面にその周縁部を残して同じく円板状の圧
電素子２２を接着することにより形成する。なお、この
圧電ユニモルフ１２は、例えば通常のスピーカあるいは
ブザーに使用するものと同一である。
【００１５】次に、圧電ユニット１４は、２枚の前記圧
電ユニモルフ１２をその周縁部にスペーサ２４を介在す
ると共に、それぞれの圧電素子２２を対向させて接合す
ることにより形成する。この場合、圧電素子２２は内側
に向けて対向配置するので、破損を防止し得ると同時に
信頼性を向上することができる。また、スペーサ２４
は、プラスチックあるいは金属片から構成することがで
きるが、金属片（導体）により構成すれば、電気配線を
簡略化できる利点が得られる。そして、この圧電ユニッ
ト１４は、円筒状容器２６内に順次積層したり（図４参
照）、その中心部にそれぞれ貫通孔２８を設けてこの貫
通孔に結合棒３０を挿通することにより積層したり（図
５参照）、あるいは、その中心部および周縁部にそれぞ
れ貫通孔３２を設けてこれら貫通孔にそれぞれ結合棒３
４を挿通することにより積層したり（図６参照）、さら
には、貫通孔を設けることなく外周縁にそれぞれ配置し
た支持棒３６で支持することにより積層することができ
る（図７参照）。なお、図中の参照符号３８は、それぞ
れ変位取出し用部材を示す。
電ユニモルフ１２をその周縁部にスペーサ２４を介在す
ると共に、それぞれの圧電素子２２を対向させて接合す
ることにより形成する。この場合、圧電素子２２は内側
に向けて対向配置するので、破損を防止し得ると同時に
信頼性を向上することができる。また、スペーサ２４
は、プラスチックあるいは金属片から構成することがで
きるが、金属片（導体）により構成すれば、電気配線を
簡略化できる利点が得られる。そして、この圧電ユニッ
ト１４は、円筒状容器２６内に順次積層したり（図４参
照）、その中心部にそれぞれ貫通孔２８を設けてこの貫
通孔に結合棒３０を挿通することにより積層したり（図
５参照）、あるいは、その中心部および周縁部にそれぞ
れ貫通孔３２を設けてこれら貫通孔にそれぞれ結合棒３
４を挿通することにより積層したり（図６参照）、さら
には、貫通孔を設けることなく外周縁にそれぞれ配置し
た支持棒３６で支持することにより積層することができ
る（図７参照）。なお、図中の参照符号３８は、それぞ
れ変位取出し用部材を示す。
【００１６】このような構成からなる本発明に係る圧電
式アクチュエータ１０の作動は、後述する実験結果（表
１参照）からも明らかとなるように、圧電式アクチュエ
ータ１０を構成する圧電ユニット１４が、円板状の金属
板２０の一面に圧電素子２２を接着した２枚の圧電ユニ
モルフ１２からなることから、比較的大きな変位量を発
揮する。また、圧電ユニモルフ１２を形成する前記金属
板２０は、均一な剛体から構成されていることから、比
較的大きな作動発生力を発揮する。しかも、本発明の圧
電式アクチュエータ１０は、前記圧電ユニット１４の複
数個を直列に積層するので、前記変位量をさらに適宜設
定することが可能となる。
式アクチュエータ１０の作動は、後述する実験結果（表
１参照）からも明らかとなるように、圧電式アクチュエ
ータ１０を構成する圧電ユニット１４が、円板状の金属
板２０の一面に圧電素子２２を接着した２枚の圧電ユニ
モルフ１２からなることから、比較的大きな変位量を発
揮する。また、圧電ユニモルフ１２を形成する前記金属
板２０は、均一な剛体から構成されていることから、比
較的大きな作動発生力を発揮する。しかも、本発明の圧
電式アクチュエータ１０は、前記圧電ユニット１４の複
数個を直列に積層するので、前記変位量をさらに適宜設
定することが可能となる。
【００１７】そこで、前述した表１（実験結果）につい
て説明する。
て説明する。
【００１８】
【表１】
【００１９】すなわち、表１は、１つの圧電ユニット１
４に関して、１２０ｇの荷重の下で、０〜５０〜０Ｖの
電圧を印加した際における変位量Δｄμおよび残留変位
量を表示したものである。ここで、Δｄは（ｄ１−ｄ
２）を示し、そしてｄ１は無印加時の高さ（図２参照）
を示すと共にｄ２は印加時の高さ（図３参照）をそれぞ
れ示している。このように、本発明における圧電ユニッ
ト１４は、電圧５０Ｖ、荷重１２０ｇの下で平均８２．
４μｍの変位量を達成することができる。さらに、１つ
の圧電ユニット１４の厚さは、２〜３ｍｍであるので、
例えばこれを５個積層する本発明の圧電式アクチュエー
タ１０においては、その全体的厚さは１．５〜２ｍｍ程
度に設定することができ、しかもこの場合の変位量は２
５０μｍに達する。
４に関して、１２０ｇの荷重の下で、０〜５０〜０Ｖの
電圧を印加した際における変位量Δｄμおよび残留変位
量を表示したものである。ここで、Δｄは（ｄ１−ｄ
２）を示し、そしてｄ１は無印加時の高さ（図２参照）
を示すと共にｄ２は印加時の高さ（図３参照）をそれぞ
れ示している。このように、本発明における圧電ユニッ
ト１４は、電圧５０Ｖ、荷重１２０ｇの下で平均８２．
４μｍの変位量を達成することができる。さらに、１つ
の圧電ユニット１４の厚さは、２〜３ｍｍであるので、
例えばこれを５個積層する本発明の圧電式アクチュエー
タ１０においては、その全体的厚さは１．５〜２ｍｍ程
度に設定することができ、しかもこの場合の変位量は２
５０μｍに達する。
【００２０】このように、本発明によれば、簡単な構成
で、殊に従来の積層形アクチュエータにおけるような複
雑かつ高価な変位拡大機構を必要とすることなく、比較
的大きな作動発生力並びに変位量を同時に得ることがで
きる。従って、このような作動発生力並びに変位量を必
要とする精密天秤等の用途に好適に適用することができ
る。
で、殊に従来の積層形アクチュエータにおけるような複
雑かつ高価な変位拡大機構を必要とすることなく、比較
的大きな作動発生力並びに変位量を同時に得ることがで
きる。従って、このような作動発生力並びに変位量を必
要とする精密天秤等の用途に好適に適用することができ
る。
【００２１】以上、本発明を好適な実施例について説明
したが、本発明は前記実施例に限定されることなく、そ
の精神を逸脱しない範囲内において種々の設計変更が可
能である。
したが、本発明は前記実施例に限定されることなく、そ
の精神を逸脱しない範囲内において種々の設計変更が可
能である。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る圧電
式アクチュエータは、円板状の金属板の一面にその周縁
部を残して同じく円板状の圧電素子を接着してなる２枚
の圧電ユニモルフを、前記周縁部にスペーサを介在させ
ると共に前記各圧電素子を対向させて１つの圧電ユニッ
トに接合し、さらにこの圧電ユニットの複数個を直列に
積層するよう構成したことにより、前記各圧電ユニット
がバイモルフ形アクチュエータとして構成されることか
ら、比較的大きな変位量を得ることができる。また、圧
電ユニモルフを形成する前記金属板が均一な剛体により
構成されていることから、比較的大きな作動発生力を得
ることができる。しかも、前記圧電ユニットは、複数個
が直列に積層されるので、前記変位量を適宜増大するこ
とが可能となる。
式アクチュエータは、円板状の金属板の一面にその周縁
部を残して同じく円板状の圧電素子を接着してなる２枚
の圧電ユニモルフを、前記周縁部にスペーサを介在させ
ると共に前記各圧電素子を対向させて１つの圧電ユニッ
トに接合し、さらにこの圧電ユニットの複数個を直列に
積層するよう構成したことにより、前記各圧電ユニット
がバイモルフ形アクチュエータとして構成されることか
ら、比較的大きな変位量を得ることができる。また、圧
電ユニモルフを形成する前記金属板が均一な剛体により
構成されていることから、比較的大きな作動発生力を得
ることができる。しかも、前記圧電ユニットは、複数個
が直列に積層されるので、前記変位量を適宜増大するこ
とが可能となる。
【００２３】さらに、本発明の圧電式アクチュエータ
は、従来の積層形アクチュエータにおけるような複雑か
つ高価な変位拡大機構を必要としないので、構造が簡単
となり低コストに提供することができる等の利点を有す
る。
は、従来の積層形アクチュエータにおけるような複雑か
つ高価な変位拡大機構を必要としないので、構造が簡単
となり低コストに提供することができる等の利点を有す
る。
【図１】本発明に係る圧電式アクチュエータを構成する
圧電ユニモルフの一実施例を示す平面図である。
圧電ユニモルフの一実施例を示す平面図である。
【図２】本発明に係る圧電式アクチュエータを構成する
圧電ユニットの一実施例であって電圧無印加時における
状態を示す平面図である。
圧電ユニットの一実施例であって電圧無印加時における
状態を示す平面図である。
【図３】図２に示す圧電ユニットの電圧印加時における
状態を示す平面図である。
状態を示す平面図である。
【図４】図２および図３に示す圧電ユニットを積層して
構成した本発明に係る圧電式アクチュエータの一実施例
を示す断面図である。
構成した本発明に係る圧電式アクチュエータの一実施例
を示す断面図である。
【図５】図４と同様な本発明に係る圧電式アクチュエー
タの別の実施例を示す断面図である。
タの別の実施例を示す断面図である。
【図６】本発明に係る圧電式アクチュエータのさらに別
の実施例を示す平面図である。
の実施例を示す平面図である。
【図７】本発明に係る圧電式アクチュエータの他の実施
例を示す平面図である。
例を示す平面図である。
１０ 圧電式アクチュエータ １２ 圧電ユニモ
ルフ １４ 圧電ユニット ２０ 金属板 ２２ 圧電素子 ２４ スペーサ ２６ 円筒状容器 ２８ 貫通孔 ３０ 結合棒 ３２ 貫通孔 ３４ 結合棒 ３６ 支持棒 ３８ 変位取出し用部材
ルフ １４ 圧電ユニット ２０ 金属板 ２２ 圧電素子 ２４ スペーサ ２６ 円筒状容器 ２８ 貫通孔 ３０ 結合棒 ３２ 貫通孔 ３４ 結合棒 ３６ 支持棒 ３８ 変位取出し用部材
Claims (2)
- 【請求項１】 円板状の金属板の一面にその周縁部を残
して同じく円板状の圧電素子を接着してなる２枚の圧電
ユニモルフを、前記周縁部にスペーサを介在させると共
に前記各圧電素子を対向させて１つの圧電ユニットを構
成したことを特徴とする圧電式アクチュエータ。 - 【請求項２】 請求項１記載の圧電ユニットを、複数個
直列に積層してなる圧電式アクチュエータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4108209A JPH05304324A (ja) | 1992-04-28 | 1992-04-28 | 圧電式アクチュエータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4108209A JPH05304324A (ja) | 1992-04-28 | 1992-04-28 | 圧電式アクチュエータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05304324A true JPH05304324A (ja) | 1993-11-16 |
Family
ID=14478790
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4108209A Pending JPH05304324A (ja) | 1992-04-28 | 1992-04-28 | 圧電式アクチュエータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05304324A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004513593A (ja) * | 2000-07-13 | 2004-04-30 | クラーク デイビス ボイド | 電源内蔵式スイッチング装置 |
| WO2006043549A1 (ja) * | 2004-10-19 | 2006-04-27 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 圧電アクチュエータ、これを用いた撮像素子移動装置および撮像装置 |
-
1992
- 1992-04-28 JP JP4108209A patent/JPH05304324A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004513593A (ja) * | 2000-07-13 | 2004-04-30 | クラーク デイビス ボイド | 電源内蔵式スイッチング装置 |
| JP4813005B2 (ja) * | 2000-07-13 | 2011-11-09 | デイビス ボイド クラーク | 電源内蔵式スイッチング装置 |
| WO2006043549A1 (ja) * | 2004-10-19 | 2006-04-27 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 圧電アクチュエータ、これを用いた撮像素子移動装置および撮像装置 |
| US7508117B2 (en) | 2004-10-19 | 2009-03-24 | Panasonic Corporation | Piezoelectric actuator, imaging element moving device using the same, and imaging device using the same |
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