JPH10144976A - 圧電アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧電アクチュエータにおいて、発生力を低下
させることなく変位量を増大させること。 【解決手段】 円盤状の圧電バイモルフ１が同軸に複数
枚積層されており、中央部で中央連結部材２により、外
縁部で複数の外周支柱３により、互いに連結されてい
る。各圧電バイモルフ１は、外周支柱３を介して外周パ
イプ４により、周縁部で中央部へ向かって圧縮力をもっ
て押圧されており、一方に凸の曲面状に挫屈している。
他方に凸となるように印加電圧をかけると、挫屈の方向
は反転した上で圧電効果による変位量が加わる。それゆ
え、圧電効果による変位量に挫屈変形による変位量が加
わり、発生力を低下させることなく変位量が数割程度増
大する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロマシン、
マイクロマニピュレータおよび各種精密機械等に使用さ
れる圧電アクチュエータの技術分野に属する。

【０００２】

【従来の技術】従来技術による圧電アクチュエータとし
ては、特開平７−１９３２９０号公報に開示されている
積層型圧電アクチュエータがある。同アクチュエータ
は、複数枚が積層されいる圧電ユニモルフが、中央部を
連結している中央連結部材と外縁部を互いに連結してい
る外縁連結部材とにより交互に連結されて、構成されて
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前述の従来技術による
圧電アクチュエータでは、圧電素子である圧電ユニモル
フそのものが圧電効果により発生させる変位が最大変位
であって、静的にはそれ以上に大きい変位を得ることは
できない。ところが一方、マイクロマシンなどの各応用
分野では、より大きい変位をもたらす圧電アクチュエー
タが望まれており、従来技術ではこの要求に応えること
ができない。

【０００４】そこで本発明は、圧電素子が本来有してい
る変位量（ストローク）よりもさらに大きい変位量を発
生させることができる圧電アクチュエータを提供するこ
とを解決すべき課題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】上
記課題を解決するために、発明者らは以下の手段を発明
した。 （第１手段）本発明の第１手段は、請求項１記載の圧電
アクチュエータである。本手段では、圧電素子である平
面変形素子が、挟持部材により周縁部から中央部に向か
って押圧されて挫屈し、曲面を形成している。ここで、
挫屈による平面変形素子の変位量は、平面変形素子の発
生力で挫屈の向きを反転させることができるように、電
圧印加による平面変形素子の本来の変位量よりも小さく
設定されている。

【０００６】この状態の平面変形素子に、挫屈の方向と
同じ方向に変位する極性で電圧を印加すれば、挫屈によ
る変位量と圧電効果による変位量とが重畳した変位量を
発生することができる。逆に、挫屈の方向と逆の方向に
変位する極性で電圧を印加すれば、挫屈変形が反転して
平面変形素子は反対側に挫屈し、その結果、逆方向にも
挫屈による変位量と圧電効果による変位量とが重畳した
変位量が発生する。それゆえ、本手段の圧電アクチュエ
ータでは、電圧印加時の変位量は、挫屈による変位量が
加わる分だけ平面変形素子が圧電効果によって生じる変
位量よりも大きい。

【０００７】したがって、本手段によれば、圧電素子が
本来有している変位量よりもさらに大きい変位量を発生
させることができる圧電アクチュエータを提供すること
ができるという効果がある。なお変位量の増大分は、圧
電効果によって生じる平面変形素子本来の変位量と、最
大でも同等程度までである。 （第２手段）本発明の第２手段は、請求項２記載の圧電
アクチュエータである。

【０００８】本手段では、挫屈による平面変形素子の変
形による変位（片側への変位）は、圧縮力が負荷されて
いない状態での平面変形素子の圧電効果による最大変位
（両側への変位）に対して、１／８以上かつ３／８以下
である。これは、挫屈による変位量が圧電効果による変
位量の１／８未満であると、挫屈による変位量の増加分
があまり大きくならず、効果を不十分に挙げることが難
しくなるからである。また、上記１／８未満の場合に
は、平面変形素子の挫屈状態を安定に維持するのが困難
になるという理由にもよる。

【０００９】一方、挫屈による変位量が圧電効果による
変位量の３／８を越えて１／２に近づくと、平面変形素
子の挫屈による変形を反転させるのに足りる発生力を圧
電効果によって得ることが難しくなる。すると、平面変
形素子は、一方に挫屈したまま反転しなくなる可能性を
生じ、所期の作用効果が発揮されない。それゆえ、安全
マージンを見込んで、最大値を３／８程度にしておく必
要がある。

【００１０】したがって本手段によれば、所定の割合以
上の変位量の増大が得られるという効果があり、かつ、
挫屈の向きが反転しなくなるという不都合がないという
効果もある。 （第４手段）本発明の第４手段は、請求項４記載の圧電
アクチュエータである。

【００１１】本手段では、挟持部材が、円盤状の平面変
形素子を外周部で挟持している複数の外周支柱と、内周
面で該外周支柱に外接し、押圧力を持って該外周支柱を
該平面変形素子の外周部との間に挟持している外周パイ
プとから構成されている。挟持部材が以上のように外周
パイプと複数本の外周支柱とから構成されているので、
本手段の圧電アクチュエータは、次のようにして組み立
てられる。

【００１２】すなわち、先ず、積層されて配設された円
盤状の平面変形素子の周縁部に、複数の外周支柱を接着
剤等で接合し、各平面変形素子を互いに平行に固定す
る。この際、各外周支柱には、その一端が積層されてい
る平面変形素子から突出しているだけの長さがあるもの
とし、外周支柱の他端は軸長方向の同一の位置に端部が
あるものとする。次に、積層されている平面変形素子か
ら突出している各外周支柱の一端を外周パイプに挿入
し、積層された平面変形素子と複数の外周支柱とのサブ
アッセンブリを、外周パイプの内部に圧入する。この
際、各平面変形素子の平行性と同軸性とを保ったまま、
サブアッセンブリを外周パイプに挿入するように留意す
る。挿入が完了すると、各平面変形素子は、周囲の外周
支柱を介して外周パイプから中央部へ向かって強力な圧
縮力を受けているので、各平面変形素子は挫屈して曲面
状に変形する。

【００１３】したがって本手段によれば、平面変形素子
を挟持部材内に配設する組立工程が容易になり、特に複
数の平面変形素子を有する積層型の圧電アクチュエータ
においては、組立工程が劇的に容易になるという効果が
ある。 （第５手段）本発明の第５手段は、請求項５記載の圧電
アクチュエータである。

【００１４】本手段では、複数枚が積層されている各平
面変形素子の中央部を互いに連結している中央連結部材
と、各平面変形素子の外縁部を互いに連結している外縁
連結部材とがある。それゆえ、中央連結部材および外周
連結部材の連結作用により、平面変形素子の発生力およ
び変位量のうち一方が、平面変形素子の枚数分だけ重畳
して大きくなる。

【００１５】したがって本手段によれば、平面変形素子
の発生力および変位量のうち一方が、平面変形素子の枚
数分だけ重畳して増大するという効果がある。

【００１６】

〔実施例１〕

（実施例１の構成）本発明の実施例１としての圧電アク
チュエータは、図１（ａ）〜（ｂ）に示すように、同軸
に積層された四枚の圧電バイモルフ１と、中央連結部材
２と、挟持部材としての四本の外周支柱３および一つの
外周パイプ４とから構成されている。

【００１７】圧電バイモルフ１は、円盤状の平面変形素
子であって、バネ弾性をもつステンレス鋼製の薄板であ
る弾性板１２と、弾性板１２の表裏両方の表面に接合さ
れている圧電材料ＰＺＴからなる薄板である二枚の圧電
板１１とからなる。各圧電板１１の表面には、それぞれ
導電性の膜からなる表面電極１３が形成されている。各
圧電板１１の中央部には貫通孔が形成されており、中央
連結部材２を貫通させている。弾性板１２の中央部に
は、上記貫通孔よりもやや大きな貫通孔１２０が形成さ
れている。

【００１８】中央連結部材２は、中央連結部材２の全長
と同一の長さの中央連結棒２１と、中央連結棒２１が挿
入されており各圧電バイモルフ１の間に配設されている
三つのスペーサ２２と、中央連結棒２１の両端が挿入さ
れて固定されている二つのブッシュ２３とから構成され
ている。中央連結棒２１、スペーサ２２およびブッシュ
２３は、いずれもステンレス鋼からなる部材であり、各
圧電バイモルフ１の両面の表面電極１３に導通してい
る。一方、弾性板１２の貫通孔１２０は圧電板１１の貫
通孔よりもやや大きいので、中央連結棒２１等には導通
していない。なお、二つのブッシュ２３は、中央連結棒
２１の両端部にそれぞれ銀鑞付けで固定されており、両
ブッシュ２３の間には、各圧電バイモルフ１および各ス
ペーサ２２が押圧力をもって挟持されている。各スペー
サ２２により、互いに隣り合う圧電バイモルフ１の間隔
は一定に保たれている。

【００１９】外周支柱３は、外周連結部材としてのステ
ンレス鋼製の四本の丸棒部材であって、圧電バイモルフ
１の弾性板１２の外周部に９０度の間隔を空けて導電性
接着剤で接合されている。各外周支柱３は、外周パイプ
４の内周面に導電性接着剤で接合されており、外周パイ
プ４から求心方向へ強力な圧縮力を受けている。すなわ
ち、各圧電バイモルフ１が平板状である状態では、対向
する二組の外周支柱３の外周面の互いに背向する端部の
間の距離は、外周パイプ４の内径よりも大きい。それゆ
え、各圧電バイモルフ１を挫屈させて曲面を形成し、対
向する外周支柱３の間の距離を若干縮めている状態で、
圧電バイモルフ１、中央連結部材２および外周支柱３か
らなるサブアッセンブリは、外周パイプ４内に挿置され
ている。

【００２０】以上を要約すると、以下のようになる。す
なわち、圧電バイモルフ１は四枚が同軸に積層されてお
り、その中央部は中央連結部材２により互いに連結され
ているとともに、各圧電バイモルフ１の外縁部は外縁連
結部材としての外周支柱３により互いに連結されてい
る。これらを収容している外周パイプ４の締め付け力に
より、各圧電バイモルフ１の周縁部は中央部へ向かって
圧縮力をもって押圧されており、この圧縮力により各圧
電バイモルフ１は挫屈して曲面を形成している。この挫
屈によって生じる圧電バイモルフ１の変形による片側変
位は、上記圧縮力が負荷されていない状態での圧電バイ
モルフ１の圧電効果による両側最大変位に対して１／４
程度であり、１／８以上かつ３／８以下の範囲に収まっ
ている。

【００２１】（実施例１の作用）各圧電バイモルフ１の
二枚の圧電板１１を形成している圧電材料の分極方向
は、図２に示すように同一方向を向いている。また、積
層された各圧電バイモルフ１の全てが、分極方向を同一
方向に向けて配設されている。それゆえ、各圧電バイモ
ルフ１の圧電板１１である共通電極と両表面電極１３と
の間に所定の電圧を印加すると、各圧電バイモルフ１は
表裏のうち一方へ凸に変形しようとする力を発生する。
また、印加電圧の極性を逆転させると、各圧電バイモル
フ１は表裏のうち他方へ凸に変形しようとする力を発生
する。

【００２２】前述のように、圧電バイモルフ１の挫屈変
形による片側変位は圧電効果による両側最大変位に対し
て１／４程度である。それゆえ、一方に凸に挫屈してい
る圧電バイモルフ１に対して逆方向へ変形力を生じる印
加電圧を与えると、圧電効果による発生力が挫屈の安定
を覆し、圧電バイモルフ１は他方に凸に変形する。その
際の変位量は、おおよそ挫屈による変位量と圧電効果に
よる変位量との和である。したがって、本実施例では圧
電バイモルフ１は印加電圧の極性によって表裏いずれの
方向へも凸に変形でき、その変位量は圧電効果だけによ
る変位量の５割り増し程度である。

【００２３】すなわち、印加電圧の有無とその極性の切
り替えとにより、本実施例の圧電アクチュエータは、図
３に示す四つの状態のうちいずれをも選択的にとること
ができる。先ず、印加電圧がない場合（Ｖ＝０）には、
挫屈変形により図中下方に凸である状態ａおよび上方に
凸である状態ｂのうち、いずれかをとっている。この状
態ａから負の印加電圧をかけた場合（Ｖ＝−Ｖ１）に
は、挫屈変形による変位と圧電効果による変位とが重畳
され、下方へ大きく凸に変形している状態ｃになる。一
方、上記状態ｂから負の印加電圧をかけた場合（Ｖ＝−
Ｖ１）には、挫屈方向は瞬時に反転して状態ａを経て、
挫屈変位と圧電効果による変位とが重畳され下方へ大き
く凸に変形している状態ｃになる。

【００２４】同様に、上に凸に挫屈変形している状態ｂ
から正の印加電圧をかけた場合（Ｖ＝Ｖ１）には、挫屈
変位と圧電効果による変位とが重畳され、上方へ大きく
凸に変形している状態ｄになる。一方、上記状態ａから
正の印加電圧をかけた場合（Ｖ＝Ｖ１）には、挫屈方向
は瞬時に反転して状態ｂを経て、挫屈変位と圧電効果に
よる変位とが重畳され上方へ大きく凸に変形している状
態ｄになる。

【００２５】ここで比較のために、挫屈変形していない
従来技術の積層バイモルフの動作について説明すると、
図４に示すように、印加電圧がない場合（Ｖ＝０）には
圧電バイモルフ１は中立位置にあって平板状をしてい
る。この状態から正負の印加電圧がかかると、圧電効果
による変位を生じて、上に凸（Ｖ＝Ｖ１）または下に凸
（Ｖ＝−Ｖ１）に変位量を生じる。しかしこの従来技術
では、圧電効果による変位に挫屈変位が付加されていな
いので、本実施例の圧電アクチュエータの圧電バイモル
フ１の変位量に比べて何割か小さい変位量しか得られな
い。

【００２６】本実施例での圧電バイモルフ１は、印加電
圧の有無とその極性の切り替えとにより、図５に示すよ
うに、図３の各状態に対応する状態ａ〜ｄの四つの状態
を取りうる。図５中の変位量を示す記号は、ｘが挫屈変
形による変位量の片側振幅を表しており、ｙが圧電効果
による変形の両側振幅成分を表している。それゆえ、圧
電バイモルフ１の両側振幅は、従来技術ではｙであると
ころを、本実施例では（ｙ＋２ｘ）となり、両側振幅の
変位量（ストローク）は２ｘだけ増大する。

【００２７】以上を印加電圧を横軸に取り変位量を縦軸
に取った位相線図で表現すると、図６に示すように、挫
屈の反転によるジャンプｊのゆえにヒステリシス・ルー
プを有する位相線図が得られる。ただし、圧電バイモル
フ１自身の材料に固有のヒステリシスは微少であるの
で、同図中には示されていない。前述の各状態ａ〜ｄ
は、図中に指示されている各部分に相当している。同図
から、印加電圧がかかっている場合（Ｖ＝Ｖ１ or Ｖ＝
−Ｖ１）に、本実施例の圧電アクチュエータの振幅（片
側）では、挫屈による変位量ｘだけ従来技術の圧電アク
チュエータよりも大きな変位量が得られていることがわ
かる。

【００２８】（実施例１の効果）本実施例の圧電アクチ
ュエータは、以上のように構成されているので、次のよ
うに複数の効果が発揮される。第１の効果は、圧電アク
チュエータの発生する変位量の増大である。本実施例の
圧電アクチュエータでは、圧電バイモルフ１が、挟持部
材である外周支柱３および外周パイプ４により周縁部か
ら中央部に向かって押圧されて挫屈し、曲面を形成して
いる。ここで、挫屈による圧電バイモルフ１の変位量
は、圧電バイモルフ１の発生力で挫屈の向きを反転させ
ることができるように、電圧印加による圧電バイモルフ
１本来の変位量の半分程度に設定されている。

【００２９】この挫屈している状態の圧電バイモルフ１
に、挫屈の方向と同じ方向に変位する極性で電圧を印加
すれば、挫屈による変位量と圧電効果による変位量とが
重畳した変位量を発生することができる。逆に、挫屈の
方向と逆の方向に変位する極性で電圧を印加すれば、挫
屈変形が反転して圧電バイモルフ１は反対側に挫屈し、
その結果、逆方向にも挫屈による変位量と圧電効果によ
る変位量とが重畳した変位量が発生する。それゆえ、本
実施例の圧電アクチュエータでは、電圧印加時の変位量
は、挫屈による変位量が加わる分だけ圧電バイモルフ１
が圧電効果によって生じる変位量よりも大きい。

【００３０】したがって、本実施例の圧電アクチュエー
タによれば、圧電バイモルフ１が本来有している変位量
よりも、５割り増し程度に大きい変位量を発生させるこ
とができる。なお、変位量の挫屈変形による増大分は、
挫屈変形を増やすことによりさらに増すことができる
が、自ずから限度がある。すなわち、変位量の挫屈変形
による増大分は、圧電効果によって生じる圧電バイモル
フ１の本来の変位量と、最大でも同等程度までである。

【００３１】第２の効果は、圧電アクチュエータの発生
力の増大である。本実施例の圧電アクチュエータは、四
枚が積層されている各圧電バイモルフ１の中央部を互い
に連結している中央連結部材２と、各圧電バイモルフ１
の外縁部を互いに連結している外周連結部材としての外
周支柱３とを有する。そして、これら１，２，３の連結
構造は変位に関して並列であり、積層することによって
変位量は増大しない。そのかわり、中央連結部材２およ
び外周支柱３の並列連結作用により、圧電バイモルフ１
の発生力が、圧電バイモルフ１の枚数分だけ重畳して大
きくなる。

【００３２】したがって本実施例の圧電アクチュエータ
によれば、圧電バイモルフ１の発生力が、圧電バイモル
フ１の枚数分だけ重畳して増大するという効果がある。
第３の効果は、部品点数および組立工数の減少によるコ
ストダウンと信頼性の向上とである。すなわち、導電性
の中央連結部材２は、全ての圧電バイモルフ１の両面の
表面電極１３に接続されており、また、導電性の外周支
柱３は、全ての圧電バイモルフ１の弾性板１２に接続さ
れている。それゆえ、本実施例の圧電アクチュエータで
は、リード線等の配線がなく、配線作業なしに製造する
ことが可能になっている。

【００３３】したがって、本実施例の圧電アクチュエー
タによれば、リード線がないので不品点数が減り、配線
作業がないので組立工数が減少して、コストダウンおよ
び高信頼性を得ることができる。 （実施例１の組立方法）先ず、積層されて配設された円
盤状の各圧電バイモルフ１の周縁部に、四本の外周支柱
３を導電性の接着剤ないし鑞付け等で接合し、４枚の圧
電バイモルフ１を互いに平行に固定する。この際、各外
周支柱３には、その一端が積層されている圧電バイモル
フ１の一端から突出しているだけの長さがあるものと
し、外周支柱３の他端は軸長方向の同一の位置に端部が
あるものとする。

【００３４】次に、積層されている圧電バイモルフ１か
ら突出している各外周支柱３の一端を外周パイプ４の内
周面に沿ってに挿入し、積層された圧電バイモルフ１と
四本の外周支柱３とからなるサブアッセンブリを、外周
パイプ４の内部に圧入する。この際、各圧電バイモルフ
１の平行性と同軸性とを保ったまま、上記サブアッセン
ブリを外周パイプ４に挿入するように留意する。挿入作
業が完了すると、各圧電バイモルフ１は、周囲の外周支
柱３を介して外周パイプ４から中央部へ向かって強力な
圧縮力を受けているので、表裏のうち一方に凸状に挫屈
して曲面状に変形する。

【００３５】したがって、本実施例によれば、圧電バイ
モルフ１を挟持部材である外周支柱３および外周パイプ
４の内に配設する組立工程が容易になる。それゆえ、本
実施例のように複数の圧電バイモルフ１を有する積層型
の圧電アクチュエータにおいては、組立工程が劇的に容
易になるという効果がある。 （実施例１の変形態様１）前述の実施例１の圧電アクチ
ュエータにおいて、円盤状の圧電バイモルフ１に替えて
矩形板状の圧電バイモルフを採用し、外周支柱３および
外周パイプ４に替えて矩形枠状の挟持部材を備えた変形
態様が実施可能である。本変形態様においても、挫屈変
形を利用して実施例１と同様に変位量を増大させること
が可能である。

【００３６】（実施例１の変形態様２）図７（ａ）〜
（ｂ）に示すように、図１の外周パイプ４の代わりに、
圧電アクチュエータの外周支柱３を挿入して固定する孔
を有するリング状の台座をもって、圧電アクチュエータ
の出力端の一端を固定する変形態様が可能である。本変
形態様では、リング状の台座が挟持部材として作用し、
各圧電バイモルフ１を挫屈変形させている。台座は、圧
電アクチュエータの両端に配設されていても良いし、場
合によっては一端だけに配設されていても良い。

【００３７】本変形態様によれば、前述の実施例１の効
果に加えて、外周パイプ４を使用せずに本発明の積層型
の圧電アクチュエータを構成できるので、空気の流通が
改善されて圧電アクチュエータが過熱しにくくなるとい
う効果がある。 ［実施例２］ （実施例２の構成）本発明の実施例２としての圧電アク
チュエータは、図８に示すように、圧電バイモルフ１の
中央部を互いに連結している中央連結部材２’と、圧電
バイモルフ１の外縁部を互いに連結している外周連結部
材３’，４’とを有する。外周連結部材としては、実施
例１のものよりも短い外周支柱３’および外周パイプ
４’とが配設されている。中央連結部材２’は、ステン
レス鋼製の円筒部材であり、圧電バイモルフ１の圧電板
１１の表面に接着されている。

【００３８】ここで、中央連結部材２’と外周連結部材
３’，４’とは、交互に圧電バイモルフ１の中央部およ
び外縁部をそれぞれ互いに連結しており、圧電バイモル
フ１は変位に関して直列に連結されている。 （実施例２の作用効果）それゆえ、従来技術の圧電バイ
モルフに比較して実施例１と同様に変位量が５割り増し
になっている圧電バイモルフ１の変位量は、直列に足し
合わされ、圧電バイモルフ１の枚数倍だけに増大する。
本実施例によれば、従来技術による圧電バイモルフが直
列に接合されている圧電アクチュエータに比べ、５割り
増し程度の変位量が得られるという効果がある。

【００３９】（実施例２の変形態様）本実施例の圧電ア
クチュエータにおいても、実施例１の変形態様に相当す
る矩形の圧電バイモルフを採用した変形態様が実施可能
である。本変形態様によっても、実施例２の作用効果と
同様の作用効果が得られる。 ［実施例３］ （実施例３の構成）本発明の実施例３としての圧電アク
チュエータは、図９に示すように、実施例１の圧電アク
チュエータにおいて圧電バイモルフ１を圧電ユニモルフ
１’で置換したものである。外周連結部材および挟持部
材としての外周支柱３および外周パイプ４は、実施例１
ものと同一である。中央連結部材２は、おおむね実施例
１のそれと同様であるが、導電性のスペーサ２２が圧電
ユニモルフ１’の弾性板１２に当接する部分には図示し
ない絶縁リングが挿入されており、スペーサ２２を含む
中央連結部材２と弾性板１２とは互いに絶縁されてい
る。

【００４０】それゆえ、本実施例の圧電アクチュエータ
においても、実施例１と同様に中央連結部材２と外周支
柱３との間に電圧を印加することにより、駆動される。 （実施例３の作用効果）本実施例の圧電アクチュエータ
においても、図１０に示すように、各圧電ユニモルフ
１’に印加電圧がかかっていない状態（状態ａ，ｂ）で
は、圧電ユニモルフ１’は表裏のうち一方へ凸に挫屈変
形している。それゆえ、本実施例の圧電アクチュエータ
によれば、圧電ユニモルフ１’の圧電効果による変位量
に挫屈変形による変位量が加わって、実施例１と同様に
より大きな変位量が得られるという効果がある。

【００４１】ただし、圧電ユニモルフ１’は圧電バイモ
ルフ１と異なり、圧電板１１の分極方向によって圧電効
果による変位量が異なる。すなわち、一方に大きく変形
できるが、他方にはあまり大きく変形できない。それゆ
え、図１０に示すように、状態ｄでは一方に大きな片側
振幅（ｘ＋ｙ₁ ）が得られるが、状態ｃではそれほど大
きな片側振幅は得られず、（ｘ＋ｙ₂ ）程度である。

【００４２】本実施例の圧電アクチュエータの両側振幅
は（２ｘ＋ｙ₁＋ｙ₂）であり、本実施例によっても実施
例１と同様に２ｘに相当する挫屈変形による変位量の増
大が得られるという効果がある。 （実施例３の変形態様）本実施例においても、実施例１
に対するその変形態様と同様に、矩形の圧電ユニモルフ
を採用した変形態様が実施可能であり、本実施例の圧電
アクチュエータと同様の作用効果が得られる。

【００４３】また、実施例１に対する実施例２のよう
に、圧電ユニモルフ１’の連結を変位に関して直列に連
結している他の変形態様も可能である。本変形態様で
は、互いに隣り合う圧電ユニモルフ１’は互いに対向ま
たは背向するように配設され、実施例３の変位量に対し
圧電ユニモルフ１’の枚数倍の変位量が得られる。ただ
し本変形態様でも、実施例３と同様に一方への変位量と
他方への変位量では異なっている。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例１としての圧電アクチュエータの構成
を示す組図 （ａ）平面図 （ｂ）側端面図

【図２】 実施例１の圧電バイモルフの構成を模式的に
示す断面図

【図３】 実施例１の圧電アクチュエータの作用を示す
模式図

【図４】 従来技術の圧電アクチュエータの作用を示す
模式図

【図５】 実施例１の圧電バイモルフの変形状態を示す
模式図

【図６】 実施例１の圧電バイモルフの作用を示す位相
平面図

【図７】 実施例１の変形態様２の台座の形状を示す組
図 （ａ）平面図 （ｂ）側断面図

【図８】 実施例２としての圧電アクチュエータの構成
を示す側端面図

【図９】 実施例３としての圧電アクチュエータの構成
を示す組図 （ａ）平面図 （ｂ）側端面図

【図１０】実施例３の圧電アクチュエータの作用を示す
模式図

【符号の説明】

１：圧電バイモルフ（円盤状） １’：圧電ユニモル
フ（円盤状） １１：圧電板（ＰＺＴ） １２：弾性板（ステンレス鋼） １２０：貫通孔 １３：表面電極 ２，２’：中央連結部材（いずれもステンレス鋼製） ２１：中央連結棒 ２２：スペーサ ２３：ブッシ
ュ ３，３’：外周支柱（ステンレス鋼） ４，４’：外周パイプ（ステンレス鋼）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】バネ弾性をもつ薄板である弾性板と、該弾
   性板の少なくとも一方の表面に接合されており印加電圧
   により伸縮する圧電材料からなる薄板である圧電板とか
   らなる平面変形素子と、 該平面変形素子の周縁部を中央部へ向かって圧縮力をも
   って押圧し、該平面変形素子を曲面に挫屈させている挟
   持部材と、を有することを特徴とする、圧電アクチュエ
   ータ。
2. 【請求項２】前記平面変形素子の挫屈変形による片側変
   位は、前記圧縮力が負荷されていない状態での該平面変
   形素子の両側振幅である最大変位に対して、１／８以上
   かつ３／８以下である、請求項１記載の圧電アクチュエ
   ータ。
3. 【請求項３】前記平面変形素子は、円盤状または矩形板
   状の圧電バイモルフおよび圧電ユニモルフのうち一方で
   ある、請求項１記載の圧電アクチュエータ。
4. 【請求項４】前記平面変形素子は、円盤状の圧電バイモ
   ルフおよび圧電ユニモルフのうち一方であり、 前記挟持部材は、該平面変形素子を外周部で挟持してい
   る複数の外周支柱と、内周面で該外周支柱に外接し、押
   圧力を持って該外周支柱を該平面変形素子の外周部との
   間に挟持している外周パイプとからなる、請求項１記載
   の圧電アクチュエータ。
5. 【請求項５】前記平面変形素子は複数枚が積層されてお
   り、 該平面変形素子の中央部を互いに連結している中央連結
   部材と、該平面変形素子の外縁部を互いに連結している
   外縁連結部材とを有する、請求項１記載の圧電アクチュ
   エータ。