JPH07335951A - 圧電アクチュエータ - Google Patents
圧電アクチュエータInfo
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- JPH07335951A JPH07335951A JP6155366A JP15536694A JPH07335951A JP H07335951 A JPH07335951 A JP H07335951A JP 6155366 A JP6155366 A JP 6155366A JP 15536694 A JP15536694 A JP 15536694A JP H07335951 A JPH07335951 A JP H07335951A
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- piezoelectric
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
- H10N30/204—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using bending displacement, e.g. unimorph, bimorph or multimorph cantilever or membrane benders
- H10N30/2047—Membrane type
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 大きな変位率を有し、特別な支持体を必要と
することなく出力が得られ、且つ構造が比較的簡単であ
って低コストで製造することができるような圧電アクチ
ュエータを提供する。 【構成】 本発明による圧電アクチュエータ（１０）
は、平板状であって、上下に重なる第１層領域（１１）
と第２層領域（１２）とを有し、第１層領域（１１）は
圧電セラミック材料を有してなると共にこの第１層領域
（１１）を当該層領域に平行な面内において内方に収縮
させるための励起電圧を受ける電極（１３-1〜１３-n）
を含み、前記第２層領域（１２）はセラミック材料を有
してなると共に前記第１層領域（１１）と一体的に形成
されている。
することなく出力が得られ、且つ構造が比較的簡単であ
って低コストで製造することができるような圧電アクチ
ュエータを提供する。 【構成】 本発明による圧電アクチュエータ（１０）
は、平板状であって、上下に重なる第１層領域（１１）
と第２層領域（１２）とを有し、第１層領域（１１）は
圧電セラミック材料を有してなると共にこの第１層領域
（１１）を当該層領域に平行な面内において内方に収縮
させるための励起電圧を受ける電極（１３-1〜１３-n）
を含み、前記第２層領域（１２）はセラミック材料を有
してなると共に前記第１層領域（１１）と一体的に形成
されている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は圧電アクチュエータに
係り、更に詳細には大きな変位率を持つように特別に設
計された圧電セラミックアクチュエータに関する。
係り、更に詳細には大きな変位率を持つように特別に設
計された圧電セラミックアクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、大きな変位率を持つ圧電アクチュ
エータとして片持ち支持された折曲型圧電アクチュエー
タが知られている。この圧電アクチュエータは長板状の
圧電素子を有し、該素子は圧電セラミック層と電極とを
有している。この圧電素子は一方の端部が支持体により
支持され、他方の自由端に大きな変位が得られるように
なっている（例えば、米国特許第5023503号及び米国特
許第5068567号参照）。しかしながら、この種の圧電ア
クチュエータは支持体を必要とするため応用分野が限ら
れ、また得られる力が比較的小さいという問題がある。
エータとして片持ち支持された折曲型圧電アクチュエー
タが知られている。この圧電アクチュエータは長板状の
圧電素子を有し、該素子は圧電セラミック層と電極とを
有している。この圧電素子は一方の端部が支持体により
支持され、他方の自由端に大きな変位が得られるように
なっている（例えば、米国特許第5023503号及び米国特
許第5068567号参照）。しかしながら、この種の圧電ア
クチュエータは支持体を必要とするため応用分野が限ら
れ、また得られる力が比較的小さいという問題がある。
【０００３】また、支持体なしで動作させることができ
る圧電アクチュエータとしては、金属板の一部が固着さ
れた圧電素子を有し、この金属板により該圧電素子の変
位を増幅するように構成したものが知られている。しか
しながら、この種のアクチュエータには構造が比較的複
雑であって低コストで製造することが困難であるという
問題がある。
る圧電アクチュエータとしては、金属板の一部が固着さ
れた圧電素子を有し、この金属板により該圧電素子の変
位を増幅するように構成したものが知られている。しか
しながら、この種のアクチュエータには構造が比較的複
雑であって低コストで製造することが困難であるという
問題がある。
【０００４】
【発明の目的及び概要】したがって、本発明の目的とす
るところは、大きな変位率を有し、特別な支持体を必要
とすることなく出力が得られ、且つ構造が比較的簡単で
あって低コストで製造することができるような圧電アク
チュエータを提供することにある。
るところは、大きな変位率を有し、特別な支持体を必要
とすることなく出力が得られ、且つ構造が比較的簡単で
あって低コストで製造することができるような圧電アク
チュエータを提供することにある。
【０００５】従って、本発明の第１実施例による圧電ア
クチュエータは、平板状であって、上下に重なる第１層
領域と第２層領域とを有し、前記第１層領域は圧電セラ
ミック材料を有してなると共にこの第１層領域を当該層
領域に平行な面内において内方に収縮させるための励起
電圧を受ける電極を含み、前記第２層領域はセラミック
材料を有してなると共に前記第１層領域と一体的に形成
されていることを特徴としている。
クチュエータは、平板状であって、上下に重なる第１層
領域と第２層領域とを有し、前記第１層領域は圧電セラ
ミック材料を有してなると共にこの第１層領域を当該層
領域に平行な面内において内方に収縮させるための励起
電圧を受ける電極を含み、前記第２層領域はセラミック
材料を有してなると共に前記第１層領域と一体的に形成
されていることを特徴としている。
【０００６】上記構成によれば、励起電圧が前記電極間
に印加されると第１層領域はその面内において内方に収
縮する一方、第２層領域は収縮しない。従って、当該ア
クチュエータは部分球形状に変形する。この場合、上記
第２層領域の面上中心における当該アクチュエータの励
起状態と非励起状態との間の変位は、当該アクチュエー
タ自身の幅方向の伸長の量よりも極めて大きい。上記変
位は当該アクチュエータが載置叉は保持される基準面に
対する機械的出力として容易に取り出すことができる。
この機械的出力の力は非常に強いから該アクチュエータ
は非常に大きな負荷に耐えることができる。
に印加されると第１層領域はその面内において内方に収
縮する一方、第２層領域は収縮しない。従って、当該ア
クチュエータは部分球形状に変形する。この場合、上記
第２層領域の面上中心における当該アクチュエータの励
起状態と非励起状態との間の変位は、当該アクチュエー
タ自身の幅方向の伸長の量よりも極めて大きい。上記変
位は当該アクチュエータが載置叉は保持される基準面に
対する機械的出力として容易に取り出すことができる。
この機械的出力の力は非常に強いから該アクチュエータ
は非常に大きな負荷に耐えることができる。
【０００７】また、本発明の第２実施例による圧電アク
チュエータは、上下に重なる第１層領域と第２層領域と
を備える第１の平板状圧電アクチュエータ素子を有し、
前記第１層領域は圧電セラミック材料を有してなると共
にこの第１層領域を当該層領域に平行な面内において内
方に収縮させるための励起電圧を受ける電極を含み、前
記第２層領域はセラミック材料を有してなると共に前記
第１層領域と一体的に形成され、当該圧電アクチュエー
タは更に前記第１の圧電アクチュエータ素子と相補的に
構成された第２の平板状圧電アクチュエータ素子と、前
記第１及び第２の圧電アクチュエータ素子をこれら素子
の周縁部に沿う所定の位置において、当該両圧電アクチ
ュエータ素子の前記第１層領域が対向する形で、相互に
接続する接続手段とを有していることを特徴としてい
る。
チュエータは、上下に重なる第１層領域と第２層領域と
を備える第１の平板状圧電アクチュエータ素子を有し、
前記第１層領域は圧電セラミック材料を有してなると共
にこの第１層領域を当該層領域に平行な面内において内
方に収縮させるための励起電圧を受ける電極を含み、前
記第２層領域はセラミック材料を有してなると共に前記
第１層領域と一体的に形成され、当該圧電アクチュエー
タは更に前記第１の圧電アクチュエータ素子と相補的に
構成された第２の平板状圧電アクチュエータ素子と、前
記第１及び第２の圧電アクチュエータ素子をこれら素子
の周縁部に沿う所定の位置において、当該両圧電アクチ
ュエータ素子の前記第１層領域が対向する形で、相互に
接続する接続手段とを有していることを特徴としてい
る。
【０００８】上記構成によれば、第１及び第２のアクチ
ュエータ素子の各第２層領域の表面中心間に第１実施例
による圧電アクチュエータの２倍の変位を得ることがで
きる。
ュエータ素子の各第２層領域の表面中心間に第１実施例
による圧電アクチュエータの２倍の変位を得ることがで
きる。
【０００９】また、本発明によるアクチュエータユニッ
トは、第２実施例による圧電アクチュエータを複数個、
重ね合わされた状態で収容すると共にこれら圧電アクチ
ュエータを各アクチュエータの厚さ方向に案内する案内
手段と、前記案内手段に固定的に結合され前記重ね合わ
されたアクチュエータの中の一端側のアクチュエータに
係合してこれらアクチュエータの一方の案内方向への移
動を規制する係止手段と、前記案内手段に前記各アクチ
ュエータの案内方向に滑動可能に連結されると共に、前
記案内手段内に位置して前記重ね合わされたアクチュエ
ータの他端側のアクチュエータに係合し、この係合部の
変位運動を前記案内手段の外部へ導出する出力部材と、
を有していることを特徴としている。
トは、第２実施例による圧電アクチュエータを複数個、
重ね合わされた状態で収容すると共にこれら圧電アクチ
ュエータを各アクチュエータの厚さ方向に案内する案内
手段と、前記案内手段に固定的に結合され前記重ね合わ
されたアクチュエータの中の一端側のアクチュエータに
係合してこれらアクチュエータの一方の案内方向への移
動を規制する係止手段と、前記案内手段に前記各アクチ
ュエータの案内方向に滑動可能に連結されると共に、前
記案内手段内に位置して前記重ね合わされたアクチュエ
ータの他端側のアクチュエータに係合し、この係合部の
変位運動を前記案内手段の外部へ導出する出力部材と、
を有していることを特徴としている。
【００１０】上記構成によれば、使用されるアクチュエ
ータの数により決まる非常に大きな変位を得ることがで
きる。
ータの数により決まる非常に大きな変位を得ることがで
きる。
【００１１】
【実施例】図１に示す圧電セラミック多層アクチュエー
タ（以下、単に「ＣＭＡ」と呼ぶ）１０は、概ね正方形
の平面視形状を有し、略等しい厚さの第１層領域１１と
第２層領域１２とを有している。このＣＭＡ１０は実際
には幅及び長さに対して非常に薄い厚さしか有していな
いが、図では本発明をより良く理解するために厚さを誇
張して示してある。
タ（以下、単に「ＣＭＡ」と呼ぶ）１０は、概ね正方形
の平面視形状を有し、略等しい厚さの第１層領域１１と
第２層領域１２とを有している。このＣＭＡ１０は実際
には幅及び長さに対して非常に薄い厚さしか有していな
いが、図では本発明をより良く理解するために厚さを誇
張して示してある。
【００１２】第１の（本実施例では下側の）層領域１１
は、本発明における能動層として機能するもので、例え
ばチタン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸
鉛等の圧電セラミック材料含んで形成されている。この
層領域１１は多層構造を有し、多数の薄膜電極１３-1な
いし１３-nを含んでいる（図１では４枚の電極のみを示
してある）。これらの電極は水平に、即ち当該第１層領
域１１の面に平行に延在し、互いに略等しく離隔されて
いる。上記の各電極は第１層領域１１の水平断面よりも
僅かに小さな面積を有し、従って当該層領域１１の周縁
部では一部を除き電極は存在しない。奇数番目の電極１
３-1、１３-3、…、１３-(n-1)は層領域１１の一方の端
部に届く延長部を有し、これら延長部は該端部において
金属被膜等により電気的に相互接続されると共に第１端
子１５に接続されている。なお、図１ではこの端子は概
念的に示してある。同様に、偶数番目の電極１３-2、１
３-4、…、１３-nも層領域１１の他の端部で相互に接続
されると共に端子１６に接続されている。
は、本発明における能動層として機能するもので、例え
ばチタン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸
鉛等の圧電セラミック材料含んで形成されている。この
層領域１１は多層構造を有し、多数の薄膜電極１３-1な
いし１３-nを含んでいる（図１では４枚の電極のみを示
してある）。これらの電極は水平に、即ち当該第１層領
域１１の面に平行に延在し、互いに略等しく離隔されて
いる。上記の各電極は第１層領域１１の水平断面よりも
僅かに小さな面積を有し、従って当該層領域１１の周縁
部では一部を除き電極は存在しない。奇数番目の電極１
３-1、１３-3、…、１３-(n-1)は層領域１１の一方の端
部に届く延長部を有し、これら延長部は該端部において
金属被膜等により電気的に相互接続されると共に第１端
子１５に接続されている。なお、図１ではこの端子は概
念的に示してある。同様に、偶数番目の電極１３-2、１
３-4、…、１３-nも層領域１１の他の端部で相互に接続
されると共に端子１６に接続されている。
【００１３】上記第１層領域１１は、例えば、下記のよ
うにして形成することができる。先ず、前記圧電セラミ
ック材料のペーストを平坦な面上に所定厚さで塗布する
とともに乾燥させて第１のセラミック層を形成する。次
いで、この第１のセラミック層上に銀、ニッケル、叉は
アルミニウム等を含む金属ペーストを塗布すると共に乾
燥させて第１電極１３-1を形成する。次に、上記第１電
極１３-1上及び前記第１のセラミック層の周縁の露出部
分に前記セラミック材料のペーストを再び塗布し乾燥さ
せて第２のセラミック層を形成する。その後、後者の２
つの工程を所定数の電極を含む前記第１層領域１１が完
全に形成されるまで繰り返す。
うにして形成することができる。先ず、前記圧電セラミ
ック材料のペーストを平坦な面上に所定厚さで塗布する
とともに乾燥させて第１のセラミック層を形成する。次
いで、この第１のセラミック層上に銀、ニッケル、叉は
アルミニウム等を含む金属ペーストを塗布すると共に乾
燥させて第１電極１３-1を形成する。次に、上記第１電
極１３-1上及び前記第１のセラミック層の周縁の露出部
分に前記セラミック材料のペーストを再び塗布し乾燥さ
せて第２のセラミック層を形成する。その後、後者の２
つの工程を所定数の電極を含む前記第１層領域１１が完
全に形成されるまで繰り返す。
【００１４】第２の（本実施例では上側の）層領域１２
は、本発明における非能動層として機能するもので、多
層構造を有すると共に例えば前記第１層領域１１の圧電
セラミック材料と同一の材料からなっている。この第２
層領域１２は、例えば前記セラミック材料のペーストを
所定厚さで繰り返し塗布及び乾燥させることにより、前
記第１層領域１１上に連続して形成される。
は、本発明における非能動層として機能するもので、多
層構造を有すると共に例えば前記第１層領域１１の圧電
セラミック材料と同一の材料からなっている。この第２
層領域１２は、例えば前記セラミック材料のペーストを
所定厚さで繰り返し塗布及び乾燥させることにより、前
記第１層領域１１上に連続して形成される。
【００１５】上記のようにして作成されたＣＭＡ１０に
は、その後、プレス工程、バイダの焼き飛ばし工程、焼
結工程等が既知の方法で施される。次いで、既知の技術
により前記第１層領域１１の分極化を行い、これにより
励起電圧が前記端子１５と１６との間に印加された場合
に該層領域が面内において中心に向かって収縮するよう
にする。
は、その後、プレス工程、バイダの焼き飛ばし工程、焼
結工程等が既知の方法で施される。次いで、既知の技術
により前記第１層領域１１の分極化を行い、これにより
励起電圧が前記端子１５と１６との間に印加された場合
に該層領域が面内において中心に向かって収縮するよう
にする。
【００１６】上記構成のＣＭＡ１０は以下のように動作
する。即ち、励起電圧が端子１５と端子１６との間に印
加されると、第１層領域１１は図１に示したＸ軸及びＹ
軸により規定される面内で内側に向かって収縮する一
方、Ｚ方向では伸長する。この場合、第２層領域１２に
おいては上記のような収縮及び伸長は生じない。結果と
して、当該ＣＭＡ１０は図２に実線で示すように全体と
して部分球形状となるように変形する（図２の一点鎖線
は非励起状態のＣＭＡ１０を示す）。即ち、ＣＭＡ１０
は、非能動側の第２層領域１２が能動側の第１層領域１
１から遠い側の面で凸面形状を呈し、第１層領域１１が
第２層領域１２から遠い側の面で凹面状を呈するよう
に、変形する。
する。即ち、励起電圧が端子１５と端子１６との間に印
加されると、第１層領域１１は図１に示したＸ軸及びＹ
軸により規定される面内で内側に向かって収縮する一
方、Ｚ方向では伸長する。この場合、第２層領域１２に
おいては上記のような収縮及び伸長は生じない。結果と
して、当該ＣＭＡ１０は図２に実線で示すように全体と
して部分球形状となるように変形する（図２の一点鎖線
は非励起状態のＣＭＡ１０を示す）。即ち、ＣＭＡ１０
は、非能動側の第２層領域１２が能動側の第１層領域１
１から遠い側の面で凸面形状を呈し、第１層領域１１が
第２層領域１２から遠い側の面で凹面状を呈するよう
に、変形する。
【００１７】上記ＣＭＡ１０は、基準面上に第１層領域
１１側の面１０aを向けて載置叉は保持された場合、他
方の面１０b上の中心に位置する点Ａにおいて上記基準
面に垂直な方向、即ちＺ方向にｄなる変位を生じる。こ
の変位ｄは ｄ ＝ ｄＤ ＋ ｄＺ と表すことができ、ここでｄＤは当該ＣＭＡ１０の部分
球面状への変形による変位、またｄＺはＣＭＡ１０自体
のＺ方向の伸長による変位である。ＣＭＡ１０の幅が７
ｍｍ、長さが７ｍｍ及び厚さが０．５ｍｍの一例におい
ては、変位ｄＺが約０．４μｍであるのに対して、約１
５μｍの変位ｄが得られる。このように、変位ｄは変位
ｄＺよりも非常に大きい。
１１側の面１０aを向けて載置叉は保持された場合、他
方の面１０b上の中心に位置する点Ａにおいて上記基準
面に垂直な方向、即ちＺ方向にｄなる変位を生じる。こ
の変位ｄは ｄ ＝ ｄＤ ＋ ｄＺ と表すことができ、ここでｄＤは当該ＣＭＡ１０の部分
球面状への変形による変位、またｄＺはＣＭＡ１０自体
のＺ方向の伸長による変位である。ＣＭＡ１０の幅が７
ｍｍ、長さが７ｍｍ及び厚さが０．５ｍｍの一例におい
ては、変位ｄＺが約０．４μｍであるのに対して、約１
５μｍの変位ｄが得られる。このように、変位ｄは変位
ｄＺよりも非常に大きい。
【００１８】なお、上記実施例の第１及び第２層領域１
１及び１２における各セラミック層は湿式におより、即
ち前記セラミック材料のペーストを繰り返し塗布するこ
とにより、形成されるものとしたが、これらセラミック
層の形成には乾式のような他の種のセラミック多層技術
を使用してもよい。上記乾式においては、いわゆるグリ
ーンシートが使用される。また、上記実施例においては
第２層領域１２は第１層領域１１の圧電セラミック材料
と同一の材料で形成されるものとして説明した。しかし
ながら、上記第２層領域１２は第１層領域１１の材料と
同様の物理的特性を有するものであれば他の圧電叉は非
圧電材料を使用してもよい。また、第２層領域１２の厚
さは必ずしも第１層領域１１の厚さと同一である必要は
ない。第１層領域１１の第２層領域１２に対する厚さの
比は、例えば、必要な変位量並びに第１及び第２層領域
に使用される材料等に基づいて決定すればよい。更に、
ＣＭＡ１０は上記実施例のように正方形形状のみなら
ず、他の多角形形状、円形形状叉は長方形形状であって
もよい。また、第１及び第２層領域は必ずしも多層構造
のものである必要はなく、非多層構造のものであっても
よい。また、第１層領域の第２層領域から遠い側の面上
には被覆層として他のセラミック層を形成するようにし
てもよい。
１及び１２における各セラミック層は湿式におより、即
ち前記セラミック材料のペーストを繰り返し塗布するこ
とにより、形成されるものとしたが、これらセラミック
層の形成には乾式のような他の種のセラミック多層技術
を使用してもよい。上記乾式においては、いわゆるグリ
ーンシートが使用される。また、上記実施例においては
第２層領域１２は第１層領域１１の圧電セラミック材料
と同一の材料で形成されるものとして説明した。しかし
ながら、上記第２層領域１２は第１層領域１１の材料と
同様の物理的特性を有するものであれば他の圧電叉は非
圧電材料を使用してもよい。また、第２層領域１２の厚
さは必ずしも第１層領域１１の厚さと同一である必要は
ない。第１層領域１１の第２層領域１２に対する厚さの
比は、例えば、必要な変位量並びに第１及び第２層領域
に使用される材料等に基づいて決定すればよい。更に、
ＣＭＡ１０は上記実施例のように正方形形状のみなら
ず、他の多角形形状、円形形状叉は長方形形状であって
もよい。また、第１及び第２層領域は必ずしも多層構造
のものである必要はなく、非多層構造のものであっても
よい。また、第１層領域の第２層領域から遠い側の面上
には被覆層として他のセラミック層を形成するようにし
てもよい。
【００１９】実験例１ 上記ＣＭＡ１０と同様の構造を有し、幅及び長さが共に
７ｍｍの圧電セラミック多層アクチュエータを１８個、
湿式により試作した。各アクチュエータには被覆層領域
として形成された連続した３枚のセラミック層、能動層
（前記第１層領域１１）として形成された電極が介挿さ
れた９枚のセラミック層及び非能動層（前記第２層領域
１２）として形成された連続した１１枚のセラミック層
を設けた。この場合、各セラミック層は約２０μｍの厚
さを有していた。完成された圧電セラミック多層アクチ
ュエータの厚さは平均して約５００μｍであった。これ
らのアクチュエータの各々に７０ボルトの励起電圧を印
加した結果、各アクチュエータの前記中心点Ａにおける
平均変位は約１５μｍであった。
７ｍｍの圧電セラミック多層アクチュエータを１８個、
湿式により試作した。各アクチュエータには被覆層領域
として形成された連続した３枚のセラミック層、能動層
（前記第１層領域１１）として形成された電極が介挿さ
れた９枚のセラミック層及び非能動層（前記第２層領域
１２）として形成された連続した１１枚のセラミック層
を設けた。この場合、各セラミック層は約２０μｍの厚
さを有していた。完成された圧電セラミック多層アクチ
ュエータの厚さは平均して約５００μｍであった。これ
らのアクチュエータの各々に７０ボルトの励起電圧を印
加した結果、各アクチュエータの前記中心点Ａにおける
平均変位は約１５μｍであった。
【００２０】次に、本発明による圧電アクチュエータの
第２実施例を説明する。
第２実施例を説明する。
【００２１】図３及び図４に示すＣＭＡ100は第１アク
チュエータ部110と第２アクチュエータ部210とを有して
いる。第１アクチュエータ部110は、前記ＣＡＭ１０と
同様に、能動層領域111及び非能動層領域112を有し、こ
れら領域111及び112は図１における第１層領域１１及び
第２層領域１２と各々略同一の構成を有すると共に互い
に一体に形成されている。第２アクチュエータ部210は
第１アクチュエータ部110に対し相補的に構成され、能
動層領域211及び非能動層領域212を有している。これら
層領域は上記能動層領域111及び非能動層領域112に各々
対応している。第１及び第２アクチュエータ部110及び2
10は、能動層領域111及び211の側の各面を対向させた状
態で、４個の角部において半田220ないし223により接続
されている。上記接続を行うために、第１及び第２アク
チュエータ部110及び210の側面には半田付けを実施する
各位置に予め金属被覆が施される。能動層領域111及び2
11の各々には、前記第１実施例の能動層領域１１に関し
て説明したのと同様に多数の電極（図では各々４つの電
極のみが示されている）が設けられている。能動層領域
111の奇数番目の各電極は端子115に接続され、該領域の
偶数番目の各電極は端子116に接続されている。同様に
して、能動層領域211の奇数番目の各電極は端子215に接
続され、該領域の偶数番目の各電極は端子216に接続さ
れている。そして、端子115と端子215とは相互に接続さ
れ、端子116と端子216とが相互に接続されている。
チュエータ部110と第２アクチュエータ部210とを有して
いる。第１アクチュエータ部110は、前記ＣＡＭ１０と
同様に、能動層領域111及び非能動層領域112を有し、こ
れら領域111及び112は図１における第１層領域１１及び
第２層領域１２と各々略同一の構成を有すると共に互い
に一体に形成されている。第２アクチュエータ部210は
第１アクチュエータ部110に対し相補的に構成され、能
動層領域211及び非能動層領域212を有している。これら
層領域は上記能動層領域111及び非能動層領域112に各々
対応している。第１及び第２アクチュエータ部110及び2
10は、能動層領域111及び211の側の各面を対向させた状
態で、４個の角部において半田220ないし223により接続
されている。上記接続を行うために、第１及び第２アク
チュエータ部110及び210の側面には半田付けを実施する
各位置に予め金属被覆が施される。能動層領域111及び2
11の各々には、前記第１実施例の能動層領域１１に関し
て説明したのと同様に多数の電極（図では各々４つの電
極のみが示されている）が設けられている。能動層領域
111の奇数番目の各電極は端子115に接続され、該領域の
偶数番目の各電極は端子116に接続されている。同様に
して、能動層領域211の奇数番目の各電極は端子215に接
続され、該領域の偶数番目の各電極は端子216に接続さ
れている。そして、端子115と端子215とは相互に接続さ
れ、端子116と端子216とが相互に接続されている。
【００２２】励起電圧が端子115と端子116との間に印加
されると、第１及び第２アクチュエータ部110及び210の
各々は前記ＣＭＡ１０と同様に変形する。この場合、２
つのアクチュエータ部110及び210は４つの角部で相互に
接続されているので、当該ＣＭＡ100は図５に実線で示
すように全体として膨らむ。なお、図５における一点鎖
線は非励起状態のＣＭＡ100を示している。この実施例
において、もし各アクチュエータ部110及び210が前記Ｃ
ＭＡ１０と同一の寸法を有しているとすれば、ＣＭＡ10
0の前記中心部におけるＺ方向の変位は前記ＣＭＡ１０
で得られる変位の約２倍となる。
されると、第１及び第２アクチュエータ部110及び210の
各々は前記ＣＭＡ１０と同様に変形する。この場合、２
つのアクチュエータ部110及び210は４つの角部で相互に
接続されているので、当該ＣＭＡ100は図５に実線で示
すように全体として膨らむ。なお、図５における一点鎖
線は非励起状態のＣＭＡ100を示している。この実施例
において、もし各アクチュエータ部110及び210が前記Ｃ
ＭＡ１０と同一の寸法を有しているとすれば、ＣＭＡ10
0の前記中心部におけるＺ方向の変位は前記ＣＭＡ１０
で得られる変位の約２倍となる。
【００２３】なお、上記第２実施例において各アクチュ
エータ部は他の多角形形状、円形形状叉は長方形形状を
有してもよい。多角形形状の場合は、２つのアクチュエ
ータ部は各角部で叉は各角部の近傍で相互に接続するの
が好ましい。また、円形形状の場合は２つのアクチュエ
ータ部はそれらの円周部全体にわたって、叉は円周部に
沿って等間隔の位置で相互に接続すればよい。更に、２
つのアクチュエータ部は例えばエポキシ樹脂叉は他の接
着剤等の他の接続手段を用いて接続することもできる。
エータ部は他の多角形形状、円形形状叉は長方形形状を
有してもよい。多角形形状の場合は、２つのアクチュエ
ータ部は各角部で叉は各角部の近傍で相互に接続するの
が好ましい。また、円形形状の場合は２つのアクチュエ
ータ部はそれらの円周部全体にわたって、叉は円周部に
沿って等間隔の位置で相互に接続すればよい。更に、２
つのアクチュエータ部は例えばエポキシ樹脂叉は他の接
着剤等の他の接続手段を用いて接続することもできる。
【００２４】実験例２ 実験例１で作製した１８個の圧電セラミック多層アクチ
ュエータから７つの対を選択した。各対のアクチュエー
タは４つの角部で半田を用いて相互に接続した。これら
の接続されたアクチュエータ対の各々に７０ボルトの励
起電圧が印加され、この結果約２７μｍなる平均変位が
得られた。
ュエータから７つの対を選択した。各対のアクチュエー
タは４つの角部で半田を用いて相互に接続した。これら
の接続されたアクチュエータ対の各々に７０ボルトの励
起電圧が印加され、この結果約２７μｍなる平均変位が
得られた。
【００２５】次に、図６は上記実施例によるＣＭＡ100
を複数用いて大行程のリニア出力を得ることが可能なア
クチュエータユニット300を示している。
を複数用いて大行程のリニア出力を得ることが可能なア
クチュエータユニット300を示している。
【００２６】図６において、複数個のＣＭＡ100-1ない
し100-Nが底部302を持つ金属筒体301内に積み重ねられ
ている。この筒体は各ＣＭＡ100の平面視形状に対応し
た断面を有している。筒体301は上部が蓋体303により閉
じられ、この蓋体はピストン306のロッド305が挿通され
る中心開口304を有している。ロッド305は当該アクチュ
エータユニット300の出力部材として機能する。前記蓋
体303とピストン306との間にはバネ307が設けられ、こ
れによりピストン306を下方に、即ち積み重ねられたＣ
ＭＡ100の方向に付勢する。なお、当該アクチュエータ
ユニット300には積み重ねられた前記ＣＭＡ100に励起電
圧を供給するための適切な手段（図示略）が設けられて
いる。
し100-Nが底部302を持つ金属筒体301内に積み重ねられ
ている。この筒体は各ＣＭＡ100の平面視形状に対応し
た断面を有している。筒体301は上部が蓋体303により閉
じられ、この蓋体はピストン306のロッド305が挿通され
る中心開口304を有している。ロッド305は当該アクチュ
エータユニット300の出力部材として機能する。前記蓋
体303とピストン306との間にはバネ307が設けられ、こ
れによりピストン306を下方に、即ち積み重ねられたＣ
ＭＡ100の方向に付勢する。なお、当該アクチュエータ
ユニット300には積み重ねられた前記ＣＭＡ100に励起電
圧を供給するための適切な手段（図示略）が設けられて
いる。
【００２７】励起電圧が供給されていない場合は全ての
ＣＭＡ100は平らになっているから、ロッド305は一番下
側の位置にある。このユニット300に励起電圧が印加さ
れた場合は、各ＣＭＡ100が上記電圧の値に応じて膨ら
むから、ピストン306、従ってロッド305は押し上げられ
る。この場合のロッド305の変位は単一のＣＭＡ100の場
合のＮ倍となる。
ＣＭＡ100は平らになっているから、ロッド305は一番下
側の位置にある。このユニット300に励起電圧が印加さ
れた場合は、各ＣＭＡ100が上記電圧の値に応じて膨ら
むから、ピストン306、従ってロッド305は押し上げられ
る。この場合のロッド305の変位は単一のＣＭＡ100の場
合のＮ倍となる。
【図１】 図１は、本発明の第１実施例による圧電セラ
ミック多層アクチュエータの断面図、
ミック多層アクチュエータの断面図、
【図２】 図２は、図１のアクチュエータを励起状態と
非励起状態とにおいて各々概念的に示す斜視図、
非励起状態とにおいて各々概念的に示す斜視図、
【図３】 図３は、本発明の第２実施例による圧電セラ
ミック多層アクチュエータの平面図、
ミック多層アクチュエータの平面図、
【図４】 図４は、図３のアクチュエータのIV−IV線に
沿う断面図、
沿う断面図、
【図５】 図５は、図３のアクチュエータの側面を当該
アクチュエータが励起状態と非励起状態にある場合にお
いて各々示す概念図、
アクチュエータが励起状態と非励起状態にある場合にお
いて各々示す概念図、
【図６】 図６は、図３のアクチュエータが複数個使用
されたアクチュエータユニットの構造を示す概念図であ
る。
されたアクチュエータユニットの構造を示す概念図であ
る。
１０…圧電セラミック多層アクチュエータ、 １１…第１層領域、 １２…第２層領域、 １３…電極、 １５…端子、 １６…端子。
Claims (10)
- 【請求項１】 平板状の圧電アクチュエータであって、
上下に重なる第１層領域と第２層領域とを有し、前記第
１層領域は圧電セラミック材料を有してなると共にこの
第１層領域を当該層領域に平行な面内において内方に収
縮させるための励起電圧を受ける電極を含み、前記第２
層領域はセラミック材料を有してなると共に前記第１層
領域と一体的に形成されていることを特徴とする圧電ア
クチュエータ。 - 【請求項２】 請求項１に記載の圧電アクチュエータに
おいて、当該アクチュエータが略正方形の平面視形状を
有していることを特徴とする圧電アクチュエータ。 - 【請求項３】 請求項１叉は請求項２に記載の圧電アク
チュエータにおいて、前記第１層領域及び第２層領域が
同一の圧電セラミック材料を有して形成されていること
を特徴とする圧電アクチュエータ。 - 【請求項４】 請求項１、請求項２叉は請求項３に記載
の圧電アクチュエータにおいて、前記第１及び第２層領
域が共にセラミック多層技術を用いて形成されているこ
とを特徴とする圧電アクチュエータ。 - 【請求項５】 圧電アクチュエータにおいて、上下に重
なる第１層領域と第２層領域とを備える第１の平板状圧
電アクチュエータ素子を有し、前記第１層領域は圧電セ
ラミック材料を有してなると共にこの第１層領域を当該
層領域に平行な面内において内方に収縮させるための励
起電圧を受ける電極を含み、前記第２層領域はセラミッ
ク材料を有してなると共に前記第１層領域と一体的に形
成され、当該圧電アクチュエータは更に前記第１の圧電
アクチュエータ素子と相補的に構成された第２の平板状
圧電アクチュエータ素子と、前記第１及び第２の圧電ア
クチュエータ素子をこれら素子の周縁部に沿う所定の位
置において、当該両圧電アクチュエータ素子の前記第１
層領域が対向する形で、相互に接続する接続手段とを有
していることを特徴とする圧電アクチュエータ。 - 【請求項６】 請求項５に記載の圧電アクチュエータに
おいて、前記第１及び第２の圧電アクチュエータ素子の
各々は略正方形の平面視形状を有し、前記接続手段が前
記第１及び第２のアクチュエータ素子をこれら各素子の
４つの角部叉はこれら角部の近傍で接続する半田である
ことを特徴とする圧電アクチュエータ。 - 【請求項７】 請求項５叉は請求項６に記載の圧電アク
チュエータにおいて、前記各圧電アクチュエータ素子の
前記第１層領域及び第２層領域が同一の圧電セラミック
材料を有して形成されていることを特徴とする圧電アク
チュエータ。 - 【請求項８】 請求項５、請求項６叉は請求項７に記載
の圧電アクチュエータにおいて、前記各圧電アクチュエ
ータ素子の前記第１層領域及び第２層領域が共にセラミ
ック多層技術を用いて形成されていることを特徴とする
圧電アクチュエータ。 - 【請求項９】 請求項５に記載の圧電アクチュエータに
おいて、前記各圧電アクチュエータ素子は略円形の平面
視形状を有し、前記接続手段は前記両圧電アクチュエー
タ素子をこれら素子の周縁部全長にわたって接続した半
田であることを特徴とする圧電アクチュエータ。 - 【請求項１０】 請求項５ないし請求９の何れか一項に
記載の圧電アクチュエータを複数個、重ね合わされた状
態で収容すると共にこれら圧電アクチュエータを各アク
チュエータの厚さ方向に案内する案内手段と、 前記案内手段に固定的に結合され前記重ね合わされたア
クチュエータの中の一端側のアクチュエータに係合して
これらアクチュエータの一方の案内方向への移動を規制
する係止手段と、 前記案内手段に前記各アクチュエータの案内方向に滑動
可能に連結されると共に、前記案内手段内に位置して前
記重ね合わされたアクチュエータの他端側のアクチュエ
ータに係合し、この係合部の変位運動を前記案内手段の
外部へ導出する出力部材と、を有していることを特徴と
する圧電アクチュエータユニット。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6155366A JPH07335951A (ja) | 1994-06-14 | 1994-06-14 | 圧電アクチュエータ |
| DE69510758T DE69510758T2 (de) | 1994-06-14 | 1995-04-21 | Piezoelektrische betätigungseinrichtung |
| EP95914491A EP0719472B1 (en) | 1994-06-14 | 1995-04-21 | Piezoelectric actuator device |
| PCT/IB1995/000284 WO1995034944A1 (en) | 1994-06-14 | 1995-04-21 | Piezoelectric actuator device |
| TW084104202A TW331043B (en) | 1994-06-14 | 1995-04-27 | Piezoelectric actuator device |
| US08/435,311 US5517074A (en) | 1994-06-14 | 1995-05-05 | Piezoelectric actuator device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6155366A JPH07335951A (ja) | 1994-06-14 | 1994-06-14 | 圧電アクチュエータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07335951A true JPH07335951A (ja) | 1995-12-22 |
Family
ID=15604358
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6155366A Pending JPH07335951A (ja) | 1994-06-14 | 1994-06-14 | 圧電アクチュエータ |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5517074A (ja) |
| EP (1) | EP0719472B1 (ja) |
| JP (1) | JPH07335951A (ja) |
| DE (1) | DE69510758T2 (ja) |
| TW (1) | TW331043B (ja) |
| WO (1) | WO1995034944A1 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002021715A (ja) * | 2000-07-10 | 2002-01-23 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 流体供給装置及び流体供給方法 |
| KR100485596B1 (ko) * | 2002-06-04 | 2005-04-27 | 한국과학기술연구원 | 밴더형 적층 액츄에이터 |
| KR100540644B1 (ko) * | 1998-02-19 | 2006-02-28 | 삼성전자주식회사 | 마이크로 엑츄에이터 제조방법 |
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| AU5707796A (en) * | 1996-03-26 | 1997-10-17 | Mats Bexell | An actuator motor and a method for fabrication of such an actuator |
| GB2319698B (en) * | 1996-11-21 | 2001-08-08 | Motorola Inc | Method for communicating with a plurality of contactless data carriers and contactless data carrier for use therein |
| DE19653555C2 (de) * | 1996-12-20 | 2002-10-31 | Siemens Ag | Piezoelektrischer Aktor |
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| US6586889B1 (en) | 2000-06-21 | 2003-07-01 | Si Diamond Technology, Inc. | MEMS field emission device |
| US7387374B2 (en) * | 2003-12-05 | 2008-06-17 | Fujifilm Corporation | Droplet ejection head and image recording apparatus |
| CN102691165A (zh) * | 2012-06-18 | 2012-09-26 | 芮国林 | 电极位于压电陶瓷片同一面上的压电陶瓷驱动片 |
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| JPS5841272A (ja) * | 1981-08-10 | 1983-03-10 | Kenzo Saegusa | 回「てん」する物体の構造 |
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| JPS6084978A (ja) * | 1983-10-14 | 1985-05-14 | Asahi Okuma Ind Co Ltd | アクチュエ−タ− |
| US5023503A (en) * | 1990-01-03 | 1991-06-11 | Motorola, Inc. | Super high frequency oscillator/resonator |
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- 1994-06-14 JP JP6155366A patent/JPH07335951A/ja active Pending
-
1995
- 1995-04-21 DE DE69510758T patent/DE69510758T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1995-04-21 WO PCT/IB1995/000284 patent/WO1995034944A1/en not_active Ceased
- 1995-04-21 EP EP95914491A patent/EP0719472B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1995-04-27 TW TW084104202A patent/TW331043B/zh active
- 1995-05-05 US US08/435,311 patent/US5517074A/en not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
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| WO1995034944A1 (en) | 1995-12-21 |
| US5517074A (en) | 1996-05-14 |
| DE69510758D1 (de) | 1999-08-19 |
| TW331043B (en) | 1998-05-01 |
| EP0719472A1 (en) | 1996-07-03 |
| DE69510758T2 (de) | 2000-02-17 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20030401 |