JPH07193295A - 圧電アクチュエータの製造方法 - Google Patents
圧電アクチュエータの製造方法Info
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Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 圧電素子を加圧する等の手段を用いることな
く容易に圧電素子に予圧を付与することができる圧電ア
クチュエータの製造方法を提供すること。 【構成】 図１（ａ）に示すように、圧電素子１と所定
値以上のバネ定数と正の線膨張係数を持つ予圧バネ３を
例えば２００°Ｃ程度に加熱された恒温炉に入れて加熱
する。ついで、同図（ｂ）に示すように、圧電素子１の
変位方向の両端に取り付けられたスペーサ２に予圧バネ
をレーザ・スポット等の手段により接合し、同図（ｃ）
に示すように、常温まで冷却する。予圧バネ３は加熱す
ることにより長さが膨張するので、予圧バネ３を所定以
上の温度に加熱して圧電素子に接合したのち冷却する
と、加熱により膨張した予圧バネ３が収縮し、圧電素子
１に予圧を付与することができる。
く容易に圧電素子に予圧を付与することができる圧電ア
クチュエータの製造方法を提供すること。 【構成】 図１（ａ）に示すように、圧電素子１と所定
値以上のバネ定数と正の線膨張係数を持つ予圧バネ３を
例えば２００°Ｃ程度に加熱された恒温炉に入れて加熱
する。ついで、同図（ｂ）に示すように、圧電素子１の
変位方向の両端に取り付けられたスペーサ２に予圧バネ
をレーザ・スポット等の手段により接合し、同図（ｃ）
に示すように、常温まで冷却する。予圧バネ３は加熱す
ることにより長さが膨張するので、予圧バネ３を所定以
上の温度に加熱して圧電素子に接合したのち冷却する
と、加熱により膨張した予圧バネ３が収縮し、圧電素子
１に予圧を付与することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】プリンタ・ヘッド等の駆動源とし
て、高速動作を行うことができる圧電アクチュエータが
用いられている。上記した圧電アクチュエータは通常そ
の動作力の２〜３割にあたる予圧が必要とされる。本発
明は上記した圧電アクチュエータの製造方法に関し、特
に本発明は、簡単な工程で圧電アクチュエータに予圧を
付与することができる圧電アクチュエータの製造方法に
関するものである。
て、高速動作を行うことができる圧電アクチュエータが
用いられている。上記した圧電アクチュエータは通常そ
の動作力の２〜３割にあたる予圧が必要とされる。本発
明は上記した圧電アクチュエータの製造方法に関し、特
に本発明は、簡単な工程で圧電アクチュエータに予圧を
付与することができる圧電アクチュエータの製造方法に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図４は圧電アクチュエータに予圧を付与
する従来の工程を示す図であり、同図において、１は積
層体から形成された圧電素子、２はスペーサ、３は圧電
素子に予圧を付与するための、例えばＳＫ−５等の鉄系
の合金で形成された予圧バネである。
する従来の工程を示す図であり、同図において、１は積
層体から形成された圧電素子、２はスペーサ、３は圧電
素子に予圧を付与するための、例えばＳＫ−５等の鉄系
の合金で形成された予圧バネである。
【０００３】図４により圧電素子に予圧を付与する従来
の工程について説明する。まず、同図（ａ）に示すよう
に、圧電素子１の両端にスペーサ２を取り付ける。つい
で、同図（ｂ）に示すように、圧電素子１を両側から加
圧力Ｐで加圧しながら、圧電素子１の両側からレーザ・
スポットなどの接合手段により予圧バネを取り付ける。
これにより、同図（ｃ）に示すように、予圧バネ３によ
り予圧が付与された圧電アクチュエータが形成される。
の工程について説明する。まず、同図（ａ）に示すよう
に、圧電素子１の両端にスペーサ２を取り付ける。つい
で、同図（ｂ）に示すように、圧電素子１を両側から加
圧力Ｐで加圧しながら、圧電素子１の両側からレーザ・
スポットなどの接合手段により予圧バネを取り付ける。
これにより、同図（ｃ）に示すように、予圧バネ３によ
り予圧が付与された圧電アクチュエータが形成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した従
来の方法は、圧電素子を加圧力Ｐで加圧しながら、その
両側からレーザ・スポットを打つといったかなり複雑な
工程であり、また、圧電素子に加圧力を加える手段を必
要とするなど、簡単に圧電アクチュエータを製造するこ
とができなかった。
来の方法は、圧電素子を加圧力Ｐで加圧しながら、その
両側からレーザ・スポットを打つといったかなり複雑な
工程であり、また、圧電素子に加圧力を加える手段を必
要とするなど、簡単に圧電アクチュエータを製造するこ
とができなかった。
【０００５】本発明は上記した従来技術の問題点を考慮
してなされたものであって、従来技術のように圧電素子
を加圧する等の手段を用いることなく容易に圧電素子に
予圧を付与することができる圧電アクチュエータの製造
方法を提供することを目的とする。
してなされたものであって、従来技術のように圧電素子
を加圧する等の手段を用いることなく容易に圧電素子に
予圧を付与することができる圧電アクチュエータの製造
方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】図１は本発明において圧
電素子に予圧を付与する工程を示す図であり、同図にお
いて、１は積層体から形成された圧電素子、２はスペー
サ、３は所定値以上のバネ定数と正の線膨張係数を持つ
予圧バネ、また、同図の点線で囲まれた部分は例えば２
００°Ｃに加熱された恒温炉である。
電素子に予圧を付与する工程を示す図であり、同図にお
いて、１は積層体から形成された圧電素子、２はスペー
サ、３は所定値以上のバネ定数と正の線膨張係数を持つ
予圧バネ、また、同図の点線で囲まれた部分は例えば２
００°Ｃに加熱された恒温炉である。
【０００７】上記課題を解決するため、本発明の請求項
１の発明は、図１に示すように、圧電素子１の変位方向
の両端にスペーサ２を取り付け、所定値以上のバネ定数
と正の線膨張係数を持つ予圧バネ３を所定温度以上に加
熱する。そして、圧電素子１の両端に取り付けられたス
ペーサ部分に、圧電素子１の変位方向と平行に所定温度
以上に加熱された予圧バネ３を接合し、予圧バネ３を常
温まで冷却し、圧電素子１に所定の予圧力を付与するよ
うにしたものである。
１の発明は、図１に示すように、圧電素子１の変位方向
の両端にスペーサ２を取り付け、所定値以上のバネ定数
と正の線膨張係数を持つ予圧バネ３を所定温度以上に加
熱する。そして、圧電素子１の両端に取り付けられたス
ペーサ部分に、圧電素子１の変位方向と平行に所定温度
以上に加熱された予圧バネ３を接合し、予圧バネ３を常
温まで冷却し、圧電素子１に所定の予圧力を付与するよ
うにしたものである。
【０００８】本発明の請求項２の発明は、請求項１の発
明において、圧電素子１と予圧バネ３を共に加熱し、ス
ペーサ部分に予圧バネ３を接合するようにしたものであ
る。
明において、圧電素子１と予圧バネ３を共に加熱し、ス
ペーサ部分に予圧バネ３を接合するようにしたものであ
る。
【０００９】
【作用】図１において、同図（ａ）に示すように、圧電
素子１と所定値以上のバネ定数と正の線膨張係数を持つ
予圧バネ３を例えば２００°Ｃ程度に加熱された恒温炉
に入れて加熱する。ついで、同図（ｂ）に示すように、
圧電素子１の変位方向の両端に取り付けられたスペーサ
２に予圧バネをレーザ・スポット等の手段により接合
し、同図（ｃ）に示すように、常温まで冷却する。予圧
バネ３は加熱することにより長さが膨張するので、予圧
バネ３を所定以上の温度に加熱して圧電素子に接合した
のち冷却すると、加熱により膨張した予圧バネ３が収縮
し、圧電素子１に予圧を付与することができる。
素子１と所定値以上のバネ定数と正の線膨張係数を持つ
予圧バネ３を例えば２００°Ｃ程度に加熱された恒温炉
に入れて加熱する。ついで、同図（ｂ）に示すように、
圧電素子１の変位方向の両端に取り付けられたスペーサ
２に予圧バネをレーザ・スポット等の手段により接合
し、同図（ｃ）に示すように、常温まで冷却する。予圧
バネ３は加熱することにより長さが膨張するので、予圧
バネ３を所定以上の温度に加熱して圧電素子に接合した
のち冷却すると、加熱により膨張した予圧バネ３が収縮
し、圧電素子１に予圧を付与することができる。
【００１０】また、圧電素子は、通常、負の線膨張係数
を持つので、圧電素子１と予圧バネを共に加熱すると、
圧電素子１は収縮し、予圧バネ３は膨張する。このた
め、圧電素子１と予圧バネを恒温炉等の中に入れて共に
加熱することにより、比較的低い温度でも圧電素子１に
所望の予圧力を付与することが可能となる。本発明の請
求項１の発明においては、上記のように、所定値以上の
バネ定数と正の線膨張係数を持つ予圧バネ３を所定温度
以上に加熱し、圧電素子１の両端に取り付けられたスペ
ーサ部分に接合し、予圧バネ３を常温まで冷却するよう
にしたので、圧電素子を加圧する手段等を必要とせず、
簡単に圧電素子に予圧力を付与することができる。
を持つので、圧電素子１と予圧バネを共に加熱すると、
圧電素子１は収縮し、予圧バネ３は膨張する。このた
め、圧電素子１と予圧バネを恒温炉等の中に入れて共に
加熱することにより、比較的低い温度でも圧電素子１に
所望の予圧力を付与することが可能となる。本発明の請
求項１の発明においては、上記のように、所定値以上の
バネ定数と正の線膨張係数を持つ予圧バネ３を所定温度
以上に加熱し、圧電素子１の両端に取り付けられたスペ
ーサ部分に接合し、予圧バネ３を常温まで冷却するよう
にしたので、圧電素子を加圧する手段等を必要とせず、
簡単に圧電素子に予圧力を付与することができる。
【００１１】本発明の請求項２の発明は、請求項１の発
明において、圧電素子１と予圧バネ３を共に加熱するよ
うにしたので、上記のように、比較的低い温度で圧電素
子１に所望の予圧力を付与することができる。
明において、圧電素子１と予圧バネ３を共に加熱するよ
うにしたので、上記のように、比較的低い温度で圧電素
子１に所望の予圧力を付与することができる。
【００１２】
【実施例】図２、図３は本発明の実施例を示す図であ
る。本実施例においては、図３（ａ）（ｂ）に示すよう
に、厚さ２ｍｍ、幅３ｍｍ、長さ２０ｍｍの積層体から
形成された圧電素子（トーキン製、商品名：ＮＬＡ−２
×３×２０）を用い、また、予圧バネとしては、厚さ
０．３ｍｍ、幅０．４ｍｍ、長さ２０ｍｍのＳＫ−５焼
入鋼帯を用いた。
る。本実施例においては、図３（ａ）（ｂ）に示すよう
に、厚さ２ｍｍ、幅３ｍｍ、長さ２０ｍｍの積層体から
形成された圧電素子（トーキン製、商品名：ＮＬＡ−２
×３×２０）を用い、また、予圧バネとしては、厚さ
０．３ｍｍ、幅０．４ｍｍ、長さ２０ｍｍのＳＫ−５焼
入鋼帯を用いた。
【００１３】圧電素子および予圧バネのヤング率、線膨
張係数、バネ定数は図３（ｂ）に示す通りであった。上
記圧電素子１の両端に図２の工程Ｓ１に示すように、常
温（２５°Ｃ）でスペーサ２を取り付け、工程Ｓ２に示
すように、圧電素子１とＳＫ−５焼入鋼帯から形成され
た予圧バネ３を２２５°Ｃの恒温炉に入れ加熱した。
張係数、バネ定数は図３（ｂ）に示す通りであった。上
記圧電素子１の両端に図２の工程Ｓ１に示すように、常
温（２５°Ｃ）でスペーサ２を取り付け、工程Ｓ２に示
すように、圧電素子１とＳＫ−５焼入鋼帯から形成され
た予圧バネ３を２２５°Ｃの恒温炉に入れ加熱した。
【００１４】予圧バネ２と圧電素子１の線膨張係数は図
３（ｂ）に示すようにそれぞれ１０×１０-6〔１／°
Ｃ〕、−５×１０-6〔１／°Ｃ〕であるので、常温時を
０ｍｍとすると、２２５°Ｃにおいては図３（ｃ）に示
すように予圧バネ２は０．０４ｍｍ長くなり、また、圧
電素子１は０．０２ｍｍ短くなった。この状態で、図２
の工程Ｓ３に示すように、圧電素子１のスペーサ２に圧
電素子の両側からレーザ・スポットにより予圧バネ３を
溶接した。
３（ｂ）に示すようにそれぞれ１０×１０-6〔１／°
Ｃ〕、−５×１０-6〔１／°Ｃ〕であるので、常温時を
０ｍｍとすると、２２５°Ｃにおいては図３（ｃ）に示
すように予圧バネ２は０．０４ｍｍ長くなり、また、圧
電素子１は０．０２ｍｍ短くなった。この状態で、図２
の工程Ｓ３に示すように、圧電素子１のスペーサ２に圧
電素子の両側からレーザ・スポットにより予圧バネ３を
溶接した。
【００１５】ついで、予圧バネ３が溶接された圧電素子
１を図２の工程Ｓ４に示すように恒温炉から取り出し、
常温（２５°Ｃ）中で放置し、常温まで冷却した。その
結果、図３（ｃ）に示すように、予圧バネ３は溶接前の
常温時の長さより０．０５４６６ｍｍ伸び、圧電素子１
には−０．００５３４ｍｍの変位が残った。これは、圧
電素子１のバネ定数１２９０kgf/mmを考慮すると、圧電
素子１に６．８kgf の圧力が加わっていることに相当す
る。
１を図２の工程Ｓ４に示すように恒温炉から取り出し、
常温（２５°Ｃ）中で放置し、常温まで冷却した。その
結果、図３（ｃ）に示すように、予圧バネ３は溶接前の
常温時の長さより０．０５４６６ｍｍ伸び、圧電素子１
には−０．００５３４ｍｍの変位が残った。これは、圧
電素子１のバネ定数１２９０kgf/mmを考慮すると、圧電
素子１に６．８kgf の圧力が加わっていることに相当す
る。
【００１６】本実施例で使用した圧電素子の発生力は、
２０kgf 程度であるので、予圧力は下式に示すように約
３４％となり、圧電素子の発生力に対して約２〜３割の
予圧を必要とするという条件を充分満足する結果が得ら
れた。 ６．８／２０×１００＝３４％ 上記実施例においては、予圧バネ材としてＳＫ−５焼入
鋼帯を用いた例を示したが、予圧バネ材としては、ＳＫ
−５焼入鋼帯に限られるものではなく、次の条件を満足
する材料を用いることができる。 （１）線膨張係数が正であること。 （２）高い弾性を持つバネ材であること。 （３）２００°Ｃ程度の高温に耐えること（熱処理など
もこの温度以上でおこなわれていること）。
２０kgf 程度であるので、予圧力は下式に示すように約
３４％となり、圧電素子の発生力に対して約２〜３割の
予圧を必要とするという条件を充分満足する結果が得ら
れた。 ６．８／２０×１００＝３４％ 上記実施例においては、予圧バネ材としてＳＫ−５焼入
鋼帯を用いた例を示したが、予圧バネ材としては、ＳＫ
−５焼入鋼帯に限られるものではなく、次の条件を満足
する材料を用いることができる。 （１）線膨張係数が正であること。 （２）高い弾性を持つバネ材であること。 （３）２００°Ｃ程度の高温に耐えること（熱処理など
もこの温度以上でおこなわれていること）。
【００１７】上記条件を満足する材料としては、例え
ば、マルエージング鋼（商品名：ＭＡＳ１，ＹＡＧ）、
工具鋼（ＳＫ−１，ＳＫ−２，…，ＳＫ−５，商品名：
ＰＫ）、炭素鋼を用いることができ、また、その他ＪＩ
Ｓに含まれる鉄系の材料であれば大抵の材料を用いるこ
とが可能である。なお、上記実施例では、圧電素子と予
圧バネを共に恒温炉に入れて加熱する例を示したが、本
発明は上記実施例に限定されるものではなく、例えば、
予圧バネのみを加熱して圧電素子のスペーサに溶接して
もよい。
ば、マルエージング鋼（商品名：ＭＡＳ１，ＹＡＧ）、
工具鋼（ＳＫ−１，ＳＫ−２，…，ＳＫ−５，商品名：
ＰＫ）、炭素鋼を用いることができ、また、その他ＪＩ
Ｓに含まれる鉄系の材料であれば大抵の材料を用いるこ
とが可能である。なお、上記実施例では、圧電素子と予
圧バネを共に恒温炉に入れて加熱する例を示したが、本
発明は上記実施例に限定されるものではなく、例えば、
予圧バネのみを加熱して圧電素子のスペーサに溶接して
もよい。
【００１８】また、上記実施例においては、恒温炉内で
予圧バネを圧電素子のスペーサ部分にスポット溶接して
いるが、本発明は上記実施例に限定されるものではな
く、予圧バネを加熱した後、恒温炉から取り出し、予圧
バネが冷却する前に圧電素子に溶接してもよい。さら
に、加熱手段は恒温炉に限定されるものではなく、その
他周知な加熱手段を用いることができる。
予圧バネを圧電素子のスペーサ部分にスポット溶接して
いるが、本発明は上記実施例に限定されるものではな
く、予圧バネを加熱した後、恒温炉から取り出し、予圧
バネが冷却する前に圧電素子に溶接してもよい。さら
に、加熱手段は恒温炉に限定されるものではなく、その
他周知な加熱手段を用いることができる。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、所定値以上のバネ定数と正の線膨張係数を持つ予圧
バネを所定温度以上に加熱し、圧電素子の両端に取り付
けられたスペーサ部分に溶接し、予圧バネを常温まで冷
却するようにしたので、圧電素子を加圧する手段等を必
要とせず、簡単に圧電素子に予圧力を付与することがで
きる。
は、所定値以上のバネ定数と正の線膨張係数を持つ予圧
バネを所定温度以上に加熱し、圧電素子の両端に取り付
けられたスペーサ部分に溶接し、予圧バネを常温まで冷
却するようにしたので、圧電素子を加圧する手段等を必
要とせず、簡単に圧電素子に予圧力を付与することがで
きる。
【００２０】また、圧電素子と予圧バネを共に恒温炉等
で加熱することにより、比較的低い温度で圧電素子に所
望の予圧力を付与することができる。
で加熱することにより、比較的低い温度で圧電素子に所
望の予圧力を付与することができる。
【図１】本発明において圧電素子に予圧を付与する工程
を示す図である。
を示す図である。
【図２】本発明の実施例の工程を示す図である。
【図３】本発明の実施例で用いた圧電素子と予圧バネの
寸法、特性を示す図である。
寸法、特性を示す図である。
【図４】圧電素子に予圧を付与するための従来の工程を
示す図である。
示す図である。
１ 圧電素子 ２ スペーサ ３ 予圧バネ
Claims (2)
- 【請求項１】 圧電素子(1) の変位方向の両端にスペー
サ(2) を取り付け、 所定値以上のバネ定数と正の線膨張係数を持つ予圧バネ
(3) を所定温度以上に加熱し、 圧電素子(1) の両端に取り付けられたスペーサ部分に、
圧電素子(1) の変位方向と平行に所定温度以上に加熱さ
れた予圧バネ(3) を接合し、 予圧バネ(3) を常温まで冷却することにより、圧電素子
(1) に所定の予圧力を付与することを特徴とする圧電ア
クチュエータの製造方法。 - 【請求項２】 圧電素子(1) と予圧バネ(3) を共に加熱
し、スペーサ部分に予圧バネ(3) を接合することを特徴
とする請求項１の圧電アクチュエータの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33080093A JPH07193295A (ja) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | 圧電アクチュエータの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33080093A JPH07193295A (ja) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | 圧電アクチュエータの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07193295A true JPH07193295A (ja) | 1995-07-28 |
Family
ID=18236700
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33080093A Pending JPH07193295A (ja) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | 圧電アクチュエータの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07193295A (ja) |
-
1993
- 1993-12-27 JP JP33080093A patent/JPH07193295A/ja active Pending
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