JPH076716Y2 - Cylindrical piezoelectric actuator - Google Patents

Cylindrical piezoelectric actuator

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JPH076716Y2
JPH076716Y2 JP1988070744U JP7074488U JPH076716Y2 JP H076716 Y2 JPH076716 Y2 JP H076716Y2 JP 1988070744 U JP1988070744 U JP 1988070744U JP 7074488 U JP7074488 U JP 7074488U JP H076716 Y2 JPH076716 Y2 JP H076716Y2
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piezoelectric actuator
piezoelectric
actuator
cylindrical piezoelectric
cylindrical
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雄三郎 大隅
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Kyocera Corp
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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は物体のクランプ等に用いる円筒状圧電アクチュ
エータに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial application] The present invention relates to a cylindrical piezoelectric actuator used for clamping an object or the like.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

圧電アクチュエータは、近年さまざまな分野に用いられ
ているが、その構造としては圧電セラミックスと金属板
を張り合わせてなるバイモルフ型と、圧電セラミックス
を積層してなる積層型が一般的であった。
Piezoelectric actuators have been used in various fields in recent years, but as a structure thereof, a bimorph type in which piezoelectric ceramics and a metal plate are laminated and a laminated type in which piezoelectric ceramics are laminated are generally used.

なお、上記積層型の応用例として、円筒状の圧電アクチ
ュエータが考えられていた(特開昭61-15383号公報参
照)。これは第4図に示すように、円筒状の圧電セラミ
ックス11と円筒状の電極12を交互に積層してなるもの
で、各電極12の端部を一層おきに被覆しておいて外部電
極13、14を形成していた。この外部電極13,14間に通電
すると、矢印で示すように内径が縮む方向に変位するこ
とから、空孔15にシャフトを挿通しておけば、このシャ
フトをクランプすることができるようになっていた。
A cylindrical piezoelectric actuator has been considered as an application example of the above-mentioned laminated type (see Japanese Patent Laid-Open No. 61-15383). As shown in FIG. 4, the piezoelectric ceramics 11 having a cylindrical shape and the electrodes 12 having a cylindrical shape are laminated alternately. , 14 were formed. When electricity is applied between the external electrodes 13 and 14, the inner diameter is displaced in the direction of contraction as shown by the arrow.Therefore, if the shaft is inserted through the hole 15, the shaft can be clamped. It was

〔従来技術の課題〕[Problems of conventional technology]

ところが、上記の如き従来の圧電アクチュエータ10は空
孔15に向けてクランプする方向のみにしか変位せず、ク
ランプ素子としての応用しかないものであった。
However, the conventional piezoelectric actuator 10 as described above is displaced only in the direction of clamping toward the hole 15, and is only applied as a clamp element.

〔課題を解決するための手段〕[Means for Solving the Problems]

上記に鑑みて本考案は、円筒状の圧電アクチュエータに
おいて、各円筒状圧電セラミックスを軸方向に順次ずら
せて積層するようにしたものである。
In view of the above, the present invention provides a cylindrical piezoelectric actuator in which each cylindrical piezoelectric ceramic is sequentially shifted in the axial direction and laminated.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本考案の実施例を図によって説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図(a)に斜視図、第1図(b)に断面図を示すよ
うに、圧電アクチュエータ1は、円筒状の圧電セラミッ
クス2と内部電極3を交互に積層し、各圧電セラミック
ス2は軸方向に順次ずらせており、全体として空孔1aを
有する略円錐状となっている。また、その斜面部には、
外部電極4、5が形成されている。
As shown in a perspective view in FIG. 1 (a) and a sectional view in FIG. 1 (b), the piezoelectric actuator 1 has cylindrical piezoelectric ceramics 2 and internal electrodes 3 alternately laminated, and each piezoelectric ceramic 2 is The holes are sequentially shifted in the axial direction, and have a substantially conical shape having holes 1a as a whole. Also, on the slope,
External electrodes 4 and 5 are formed.

この圧電アクチュエータ1における電極取出し構造は第
1図(c)に示すように、外部電極4が形成される位置
に、内部電極3が一層おきに露出して電極取出し部3aと
なり、これらの電極取出し部3aを結合するように外部電
極4が形成される。また、外部電極5が形成される位置
に、前記外部電極4に結合されていない内部電極3が一
層おきに露出して電極取出し部3bとなり、これらの電極
取出し部3bを結合するように外部電極5が形成されてい
る。結局各内部電極3は一層おきに電気的に並列に接続
されるようになっている。
As shown in FIG. 1 (c), the electrode lead-out structure of the piezoelectric actuator 1 is such that the inner electrodes 3 are exposed every other layer to form electrode lead-out portions 3a at positions where the outer electrodes 4 are formed. The external electrode 4 is formed so as to connect the parts 3a. In addition, at the position where the external electrode 5 is formed, the internal electrodes 3 that are not bonded to the external electrodes 4 are exposed every other layer and serve as electrode lead-out portions 3b. 5 is formed. After all, the internal electrodes 3 are electrically connected in parallel every other layer.

また、各圧電セラミックス2は、その厚み方向に分極さ
れており、前記外部電極4、5を通じて電圧を印加する
と、各圧電セラミックス2は厚み方向に伸びる。そのと
き、圧電アクチュエータ1全体としては、内径d1は縮
み、全体の長さt1は縮むように変位する。
Each piezoelectric ceramic 2 is polarized in the thickness direction, and when a voltage is applied through the external electrodes 4 and 5, each piezoelectric ceramic 2 extends in the thickness direction. At this time, the piezoelectric actuator 1 as a whole is displaced so that the inner diameter d 1 is contracted and the entire length t 1 is contracted.

即ち、本考案の圧電アクチュエータ1は通電すると、第
1図(b)に矢印で示すように空孔1aに向けて斜め方向
に変位するようになり、後述するようにさまざまな応用
をすることができるのである。
That is, when the piezoelectric actuator 1 of the present invention is energized, it is displaced obliquely toward the hole 1a as shown by the arrow in FIG. 1 (b), and can be applied to various applications as described later. You can do it.

次に、上記圧電アクチュエータ1の製造法を簡単に説明
する。まず圧電効果を有するセラミックス原料をテープ
状に成形し、内部電極3としてMo-Mnなどの導電性を有
するペーストを塗布した後、円筒状に巻いて一層ごとに
順次ずらせながら積層してゆく。その後、全体を焼成
し、通常の方法で分極を行い、外部電極4,5を形成すれ
ば良い。
Next, a method for manufacturing the piezoelectric actuator 1 will be briefly described. First, a ceramic raw material having a piezoelectric effect is formed into a tape shape, and a conductive paste such as Mo-Mn is applied as the internal electrode 3, and then it is wound into a cylindrical shape and sequentially laminated for each layer. Then, the whole may be baked and polarized by a usual method to form the external electrodes 4 and 5.

実際に厚さ20μmのセラミックテープを2枚ずつまとめ
て円筒状の圧電セラミックス2とし内部電極3の厚み約
10μmとして、これを55枚積層して圧電アクチュエータ
1を試作した。全体としての寸法は、内径d1が5mm、外
径d2が12mm、長さt1が5mm、圧電セラミックス2の長さt
2は3mmとし、傾斜角αを30°とした。この圧電アクチュ
エータ1に50Vの電圧を印加したときの変位量は下記の
通りであった。
Actually, two 20 μm thick ceramic tapes are put together to form a cylindrical piezoelectric ceramic 2 and the thickness of the internal electrode 3 is about
The piezoelectric actuator 1 was manufactured by stacking 55 sheets having a thickness of 10 μm. The overall dimensions are as follows: inner diameter d 1 is 5 mm, outer diameter d 2 is 12 mm, length t 1 is 5 mm, and length of piezoelectric ceramics 2 is t.
2 was 3 mm, and the inclination angle α was 30 °. The displacement amount when a voltage of 50 V was applied to the piezoelectric actuator 1 was as follows.

上記傾斜角αを大きくすると、ややクランプ力は弱まる
が軸方向の変位量は大きくなり、逆に傾斜角αを小さく
すると軸方向の変位量は小さくなるがクランプ力は強く
なる。従って、使用用途に応じて適切な傾斜角αを有す
るようにしておけば良い。
When the inclination angle α is increased, the clamping force is slightly weakened, but the axial displacement amount is increased. Conversely, when the inclination angle α is decreased, the axial displacement amount is decreased but the clamping force is increased. Therefore, it suffices to have an appropriate inclination angle α depending on the intended use.

次に本考案の圧電アクチュエータ1を用いた応用例を説
明する。
Next, an application example using the piezoelectric actuator 1 of the present invention will be described.

第2図に示す負性アクチュエータFは圧電アクチュエー
タ1を縦に複数接続してなるものであり、この負性アク
チュエータFは通電すると縮む方向に変位するものであ
る。通常の積層型アクチュエータは通電すると伸びる方
向に変位するため、このような逆に変位する負性アクチ
ュエータFは利用価値が高い。実際に第2図に示すよう
に10個の圧電アクチュエータ1を接続して長さtを50mm
としたものに50Vの電圧を印加すると長さtの変位量は
−12.3μmであった。
The negative actuator F shown in FIG. 2 is formed by vertically connecting a plurality of piezoelectric actuators 1. The negative actuator F is displaced in a contracting direction when energized. Since a normal laminated actuator is displaced in a direction in which it expands when energized, such a negative actuator F that is displaced in the opposite direction is highly useful. Actually, as shown in FIG. 2, ten piezoelectric actuators 1 are connected and the length t is 50 mm.
When a voltage of 50 V was applied to the above, the displacement amount of the length t was -12.3 μm.

また、第3図(a)に示すリニアモータLは、2つの圧
電アクチュエータ1A,1Bを逆向きに固定したロータ7と
これらの圧電アクチュエータ1A,1Bに挿通したシャフト
6からなっている。この圧電アクチュエータ1A,1Bに、
それぞれ第3図(b)に示すように、交流電圧を位相を
90°ずらせて印加すると、ロータ7はシャフト6上を駆
動するようになる。これは、圧電アクチュエータ1A,1B
がシャフト6をクランプするだけでなく、同時にシャフ
ト6を軸方向へ動かすように変位することを利用したも
のである。実際にロータ7を外径12mm、長さ15mm、シャ
フト6を外径5mm、圧電アクチュエータ1A,1Bの傾斜角度
αを30°として試作し、30Vの交流電圧を印加すると、
最大周波数100KHzで、ロータ7の動作最大スピードは80
mm/秒であった。
The linear motor L shown in FIG. 3 (a) comprises a rotor 7 having two piezoelectric actuators 1A and 1B fixed in opposite directions, and a shaft 6 inserted through these piezoelectric actuators 1A and 1B. In this piezoelectric actuator 1A, 1B,
As shown in FIG. 3 (b), the AC voltage is changed in phase.
When applied with a 90 ° offset, the rotor 7 will drive on the shaft 6. This is the piezoelectric actuator 1A, 1B
Not only clamps the shaft 6, but also simultaneously displaces the shaft 6 so as to move the shaft 6 in the axial direction. Actually, the rotor 7 has an outer diameter of 12 mm, a length of 15 mm, the shaft 6 has an outer diameter of 5 mm, the piezoelectric actuators 1A and 1B have an inclination angle α of 30 °, and when an alternating voltage of 30 V is applied,
With a maximum frequency of 100 KHz, the maximum operating speed of the rotor 7 is 80
It was mm / sec.

〔考案の効果〕[Effect of device]

叙上のように本考案によれば、円筒状の圧電アクチュエ
ータにおいて、各円筒状圧電セラミックスを軸方向に順
次ずらせて積層したことによって、通電時に空孔をクラ
ンプすると同時に軸方向にも変位するため、リニアモー
タなどさまざまな応用をすることができ、また機械的な
摺動部分がないため非常に高精度な変位が可能となるな
どの特長を有する。
As described above, according to the present invention, in the cylindrical piezoelectric actuator, the cylindrical piezoelectric ceramics are sequentially shifted in the axial direction so that the holes are clamped at the time of energization and simultaneously displaced in the axial direction. It can be used for various applications such as linear motors, and because it has no mechanical sliding parts, it can be displaced with extremely high precision.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図(a)は本考案実施例に係る圧電アクチュエータ
を示す斜視図、第1図(b)は同図(a)中のX-X線断
面図、第1図(c)は電極取出し部の構造を示す要部拡
大断面図である。 第2図は本考案の応用例である負性アクチュエータを示
す側面図である。第3図(a)は本発明の他の応用例で
あるリニアモータを示す断面図、第3図(b)は同図
(a)に示すリニアモータへ通電する交流電圧の波形を
示す図である。 第4図は従来の円筒状圧電アクチュエータを示す断面図
である。 1:圧電アクチュエータ 2:圧電セラミックス 3:内部電極 4、5:外部電極
FIG. 1 (a) is a perspective view showing a piezoelectric actuator according to an embodiment of the present invention, FIG. 1 (b) is a sectional view taken along line XX in FIG. 1 (a), and FIG. It is a principal part expanded sectional view which shows a structure. FIG. 2 is a side view showing a negative actuator which is an application example of the present invention. FIG. 3 (a) is a cross-sectional view showing a linear motor which is another application example of the present invention, and FIG. 3 (b) is a diagram showing a waveform of an AC voltage supplied to the linear motor shown in FIG. 3 (a). is there. FIG. 4 is a sectional view showing a conventional cylindrical piezoelectric actuator. 1: Piezoelectric actuator 2: Piezoelectric ceramics 3: Internal electrode 4, 5: External electrode

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 【請求項1】複数の円筒状圧電セラミックスと電極を交
互に、軸方向に順次ずらせた状態で積層したことを特徴
とする円筒状圧電アクチュエータ。
1. A cylindrical piezoelectric actuator, characterized in that a plurality of cylindrical piezoelectric ceramics and electrodes are laminated alternately in a state of being axially shifted in sequence.
JP1988070744U 1988-05-27 1988-05-27 Cylindrical piezoelectric actuator Expired - Lifetime JPH076716Y2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1988070744U JPH076716Y2 (en) 1988-05-27 1988-05-27 Cylindrical piezoelectric actuator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1988070744U JPH076716Y2 (en) 1988-05-27 1988-05-27 Cylindrical piezoelectric actuator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH01180891U JPH01180891U (en) 1989-12-26
JPH076716Y2 true JPH076716Y2 (en) 1995-02-15

Family

ID=31295973

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP1988070744U Expired - Lifetime JPH076716Y2 (en) 1988-05-27 1988-05-27 Cylindrical piezoelectric actuator

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