JPS6064212A - 圧電式アクチュエ−タ装置 - Google Patents
圧電式アクチュエ−タ装置Info
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- JPS6064212A JPS6064212A JP58173447A JP17344783A JPS6064212A JP S6064212 A JPS6064212 A JP S6064212A JP 58173447 A JP58173447 A JP 58173447A JP 17344783 A JP17344783 A JP 17344783A JP S6064212 A JPS6064212 A JP S6064212A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- center
- actuator device
- electrode terminal
- piezoelectric
- diameter
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
- G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
-
- 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
- H02N2/021—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors using intermittent driving, e.g. step motors, piezoleg motors
- H02N2/023—Inchworm 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
- H10N30/50—Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure
- H10N30/503—Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure having a non-rectangular cross-section in a plane orthogonal to the stacking direction, e.g. polygonal or circular in top view
- H10N30/505—Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure having a non-rectangular cross-section in a plane orthogonal to the stacking direction, e.g. polygonal or circular in top view the cross-section being annular
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明はμ単位での機械的変位を電気的信号で得ること
ができる圧電式アクチュエータ装置に関するものである
。
ができる圧電式アクチュエータ装置に関するものである
。
従来例の構成とその問題点
最近の微細加工技術の進歩に伴い、μ単位での機械的変
位を精度よく得る必要性が高まっている。
位を精度よく得る必要性が高まっている。
そういった目的には従来１機械的なネジ等に」：る送り
機構や一熱膨張を利用したアクチュエータ装置が用いら
れているが、バックラッンコが太きいとか一応答性が悪
いとかの問題点をイ］していた。
機構や一熱膨張を利用したアクチュエータ装置が用いら
れているが、バックラッンコが太きいとか一応答性が悪
いとかの問題点をイ］していた。
また圧電素子を利用したアクチュエータ装置も考案され
ているが、単なる柱状のものは変位が小さく−またいく
つかの圧電素子を組み合わせたものは構造が複雑である
等の欠点を有していた。
ているが、単なる柱状のものは変位が小さく−またいく
つかの圧電素子を組み合わせたものは構造が複雑である
等の欠点を有していた。
発明の目的
本発明は上記のような欠点を解決したもので。
構造が単純で、変位の犬きくとれる圧電式アクチュエー
タ装置を提供することを目的とするものである。
タ装置を提供することを目的とするものである。
発明の構成
上記目的を達成するために本発明は圧電素子の薄板を内
部電極を介して交互に積層し、上記内部電極を交互に共
通端子、駆動用電極端子に接続し、かつ上記積層体の中
央に両端が小径となり中央部が大径となる貫通孔を設け
るか外径が両端が太き〈中央部が小径となるように構成
し−この両端と中央部の内部電極をそれぞれ独立した駆
動用電極端子に接続した素子とし、この素子の貫通孔に
棒を圧入するか素子を中空状パイプに圧入してなる圧電
式アクチュエータ装置に関するものである○実施例の説
明 以下、本発明の実施例を第１図〜第３図を用いて説明す
ると、複数の円板状の圧電素子１を内部の電極２を交互
にはさむように積層し、その集合体の素子９の中央部に
貫通孔３を設け−この貫通孔３の内径は中央部３ａが両
端部３ｂ 、３Ｃにくらべ大きくしである。また１両端
部３ｂ、３Ｃと中央部３２Ｌは電気的に独立に電圧印加
ができるようにしてあり、４は外周面に設けた共通端子
−６は左端面に設けた左側クランプ部素子駆動用電極端
子、６は中央部３ａに形成された内部電極導通部と接続
され外周面の一部に設けられた中央部素子駆動用電極端
子、７は右端面に設けた右側クランプ部素子駆動用電極
端子である。ただし、３回路のうちの片線のみ一層１図
の共通端子４を共通にすることはできる。集合体の素子
９内部では各素子が並列接続され、かつ圧電素子１０分
極方向は矢印で示すように交互に反対極性となっており
。
部電極を介して交互に積層し、上記内部電極を交互に共
通端子、駆動用電極端子に接続し、かつ上記積層体の中
央に両端が小径となり中央部が大径となる貫通孔を設け
るか外径が両端が太き〈中央部が小径となるように構成
し−この両端と中央部の内部電極をそれぞれ独立した駆
動用電極端子に接続した素子とし、この素子の貫通孔に
棒を圧入するか素子を中空状パイプに圧入してなる圧電
式アクチュエータ装置に関するものである○実施例の説
明 以下、本発明の実施例を第１図〜第３図を用いて説明す
ると、複数の円板状の圧電素子１を内部の電極２を交互
にはさむように積層し、その集合体の素子９の中央部に
貫通孔３を設け−この貫通孔３の内径は中央部３ａが両
端部３ｂ 、３Ｃにくらべ大きくしである。また１両端
部３ｂ、３Ｃと中央部３２Ｌは電気的に独立に電圧印加
ができるようにしてあり、４は外周面に設けた共通端子
−６は左端面に設けた左側クランプ部素子駆動用電極端
子、６は中央部３ａに形成された内部電極導通部と接続
され外周面の一部に設けられた中央部素子駆動用電極端
子、７は右端面に設けた右側クランプ部素子駆動用電極
端子である。ただし、３回路のうちの片線のみ一層１図
の共通端子４を共通にすることはできる。集合体の素子
９内部では各素子が並列接続され、かつ圧電素子１０分
極方向は矢印で示すように交互に反対極性となっており
。
すなわち−貼り合せ型振動子（マルチモルフ）の構造と
なっている。電気的には左、中央、右が独立して駆動で
きるため一共通端子４（グランド）とし、電極端子５．
６．７に電圧を加えることによりそれぞれ、左、中央、
右が電気的に伸び縮みすることになる。通常の電圧口の
状態では貫通孔 ３に圧入された棒８の径より素子径は
わずかに小さいため棒８を素子９が締めつけ動かない。
なっている。電気的には左、中央、右が独立して駆動で
きるため一共通端子４（グランド）とし、電極端子５．
６．７に電圧を加えることによりそれぞれ、左、中央、
右が電気的に伸び縮みすることになる。通常の電圧口の
状態では貫通孔 ３に圧入された棒８の径より素子径は
わずかに小さいため棒８を素子９が締めつけ動かない。
棒８は貫通孔３を広げる方向に電極端子６．７に同時に
電圧を印加することにより容易に径を広げることができ
挿入できる。この状態で第２図に示すＡ。
電圧を印加することにより容易に径を広げることができ
挿入できる。この状態で第２図に示すＡ。
Ｂ、Ｃの電圧をそれぞれ電極端子６．６．γに加えると
−まず時間ｔ１まではすべてＯＦＦの位置であるため、
素子９は棒８に固定されている。し１にて２に正の電圧
が加わると圧電素子１は厚み方向に伸び一径方向に縮む
から図において左側がゆるむ０この後ｔ２において電極
端子６に正の電圧がかかると中央部が縮むが一右側はま
だ固定されたままであるため左側が右に寄る。次にｔ５
において電極端子６の電圧が０にもどると左側は棒８を
固定する状態になり一次にｔ４において電極端子７に電
圧が加わると右側の固定がゆるむ。次にｔ５ において
電極端子６の電圧がＯにもどると左側固定−右側がゆる
んだ状態で中央部が仰るため右端は少し右に寄る。次に
電極端子７の電圧が元にもどると最初の両端固定の状態
になる。このようにしてこの操作１回により ７Ｂ ＝ ｎＶｄ３３ の大きさだけ右に移動することになる。なおここで１は
変位量、ｎは私層素子数−Ｖは印加電圧。
−まず時間ｔ１まではすべてＯＦＦの位置であるため、
素子９は棒８に固定されている。し１にて２に正の電圧
が加わると圧電素子１は厚み方向に伸び一径方向に縮む
から図において左側がゆるむ０この後ｔ２において電極
端子６に正の電圧がかかると中央部が縮むが一右側はま
だ固定されたままであるため左側が右に寄る。次にｔ５
において電極端子６の電圧が０にもどると左側は棒８を
固定する状態になり一次にｔ４において電極端子７に電
圧が加わると右側の固定がゆるむ。次にｔ５ において
電極端子６の電圧がＯにもどると左側固定−右側がゆる
んだ状態で中央部が仰るため右端は少し右に寄る。次に
電極端子７の電圧が元にもどると最初の両端固定の状態
になる。このようにしてこの操作１回により ７Ｂ ＝ ｎＶｄ３３ の大きさだけ右に移動することになる。なおここで１は
変位量、ｎは私層素子数−Ｖは印加電圧。
ｄ５３は圧電素子１の圧電歪定数である。従ってＶを変
えることによって変位量を調整できるし、このパルス群
を複数回印加することによって７！はその整数倍になる
。もちろん電極端子６．７に加えるパルスの順序をそれ
ぞれＣ，Ａに相当するようにすれば素子９は左側に動く
ことはいうまでもない。また反対に素子９を固定してお
けば棒８が動くことは自明である。
えることによって変位量を調整できるし、このパルス群
を複数回印加することによって７！はその整数倍になる
。もちろん電極端子６．７に加えるパルスの順序をそれ
ぞれＣ，Ａに相当するようにすれば素子９は左側に動く
ことはいうまでもない。また反対に素子９を固定してお
けば棒８が動くことは自明である。
第３図にはこの応用例を示すが中空秋）Ｚイブ１０に内
接する素子１１の中央部１２を両端部１３．１４に比べ
て同じく径を小さなものにした □場合であるが、同様
の駆動により素子１１は中空状パイプ１ｏが動くもので
ある。
接する素子１１の中央部１２を両端部１３．１４に比べ
て同じく径を小さなものにした □場合であるが、同様
の駆動により素子１１は中空状パイプ１ｏが動くもので
ある。
素子９．１１としてはセラミックグリーンシートにスク
リーンパターンにて白金等の貴金属電極ペーストを交互
に印刷し積層構造とした後焼結し−加工後共通電極を付
与してもよく、またセラミック薄板焼結体に銀等の電極
を焼付けた後、接着剤にて積層構造にしてもよい。
リーンパターンにて白金等の貴金属電極ペーストを交互
に印刷し積層構造とした後焼結し−加工後共通電極を付
与してもよく、またセラミック薄板焼結体に銀等の電極
を焼付けた後、接着剤にて積層構造にしてもよい。
圧電素子１としてチタン酸ジルコン酸マグネシウムニオ
ブ酸鉛（商品名二ＰＣＭ−６）′ｆ：使用し。
ブ酸鉛（商品名二ＰＣＭ−６）′ｆ：使用し。
第１図に示すような素子９を積層技術を使用して製作し
た。セラミックに埋めこまれた内部電極２は白金３μで
あり一素子厚は一層当り２ｍｍで一両端部は３層−中央
部は１２層である。外径は４゜ｍｍφの円筒状で、内径
は両端部２０ ｍｍ ｃｌ）−中央部３０ｍｍφである
。中に通す棒８の外径は素子内径より１０μ大きい。第
２図に示すような、＜ルス状電圧の値は５ｏｏＶで−し
１〜Ｌ６までは約５００ｍ ｓｅｃである。この時１回
当りの変位量は７！＝ ｎＶｄ３５ におＶｒで−ｎ＝１２ 、 Ｖ＝６００ 、 ｄ３３
＝３６７×１０ Ｉ［Ｉ／ｖを使用するとｌ＝２．２μ
の値であり、実際に駆動した時の変位量は１．８μであ
った。
た。セラミックに埋めこまれた内部電極２は白金３μで
あり一素子厚は一層当り２ｍｍで一両端部は３層−中央
部は１２層である。外径は４゜ｍｍφの円筒状で、内径
は両端部２０ ｍｍ ｃｌ）−中央部３０ｍｍφである
。中に通す棒８の外径は素子内径より１０μ大きい。第
２図に示すような、＜ルス状電圧の値は５ｏｏＶで−し
１〜Ｌ６までは約５００ｍ ｓｅｃである。この時１回
当りの変位量は７！＝ ｎＶｄ３５ におＶｒで−ｎ＝１２ 、 Ｖ＝６００ 、 ｄ３３
＝３６７×１０ Ｉ［Ｉ／ｖを使用するとｌ＝２．２μ
の値であり、実際に駆動した時の変位量は１．８μであ
った。
この差は圧電素子１の大振幅時のｄ易値が小振幅で測定
したｄ３３値と異なるためであると推察されるＯ 発明の効果 このように本発明の圧電式アクチュエータ装置は素子が
焼結体ブロックとして一体化されているため一形状がＱ
’ｊ純で小型化が可能である。変位量Ｖｉ駆動電圧およ
び駆動パルス回数により任意に可変であり、駆動パルス
順序を変えることにより左右どの方向にも可変であり、
電源ＯＦＦ状態では素子は動かないという特徴を有する
。
したｄ３３値と異なるためであると推察されるＯ 発明の効果 このように本発明の圧電式アクチュエータ装置は素子が
焼結体ブロックとして一体化されているため一形状がＱ
’ｊ純で小型化が可能である。変位量Ｖｉ駆動電圧およ
び駆動パルス回数により任意に可変であり、駆動パルス
順序を変えることにより左右どの方向にも可変であり、
電源ＯＦＦ状態では素子は動かないという特徴を有する
。
素子厚を薄くし一積層数を増やすと駆動電圧Ｖは小さく
てもよい。
てもよい。
このように微小変位を得る圧電式アクチュエータ装置と
しては工業的価値の犬なるものである。
しては工業的価値の犬なるものである。
第１図は本発明の圧電式アクチュエータ装置の一実施例
を示す断面図、第２図は同装置に印加する駆動パルスの
タイミングチャート、第３図は他の実施例の概略構成図
である。 １・・・・・・圧電素子、２・・・・・・内部電極、３
・・・・・・貫通孔−３ａ・・・・・中央部−ｓｂ、３
ｃ・・・両端部、４・・・・・・共通端子、６・・−・
・・左側クランプ部素子駆動用電極端子、６・・・・・
・中央部素子駆動用電極端子、７・・・・・・左側クラ
ンプ部素子駆動用電極端子、８・・・・・棒、９・・・
・・・素子−１０・・・・・・中空状パイプ、１１・・
・−・素子、１２・−・・・中央部＋ １３．１４・・
・・・両端部。
を示す断面図、第２図は同装置に印加する駆動パルスの
タイミングチャート、第３図は他の実施例の概略構成図
である。 １・・・・・・圧電素子、２・・・・・・内部電極、３
・・・・・・貫通孔−３ａ・・・・・中央部−ｓｂ、３
ｃ・・・両端部、４・・・・・・共通端子、６・・−・
・・左側クランプ部素子駆動用電極端子、６・・・・・
・中央部素子駆動用電極端子、７・・・・・・左側クラ
ンプ部素子駆動用電極端子、８・・・・・棒、９・・・
・・・素子−１０・・・・・・中空状パイプ、１１・・
・−・素子、１２・−・・・中央部＋ １３．１４・・
・・・両端部。
Claims (1)
- 圧電素子の薄板を内部電極を介して交互に積層し、上記
内部電極を交互に共通端子、駆動用電極端子に接続し、
かつ上記積層体の中央に両端が小径となり中央部が大径
となる貫通孔を設けるか外径が両端が大きく中央部が小
径となるように構成し、この両端と中央部の内部電極を
それぞれ独立した駆動用電極端子に接続した素子とし、
この素子の貫通孔に棒を圧入するか素子を中空状パイプ
に圧入してなる圧電式アクチュエータ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58173447A JPS6064212A (ja) | 1983-09-19 | 1983-09-19 | 圧電式アクチュエ−タ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58173447A JPS6064212A (ja) | 1983-09-19 | 1983-09-19 | 圧電式アクチュエ−タ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6064212A true JPS6064212A (ja) | 1985-04-12 |
Family
ID=15960640
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58173447A Pending JPS6064212A (ja) | 1983-09-19 | 1983-09-19 | 圧電式アクチュエ−タ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6064212A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000052770A1 (de) * | 1999-03-04 | 2000-09-08 | Robert Bosch Gmbh | Piezoelektrischer aktor |
| US7309397B2 (en) * | 2001-02-21 | 2007-12-18 | Ceramtec Ag Innovative Ceramic Engineering | Process for the manufacture of piezoceramic multilayer actuators |
-
1983
- 1983-09-19 JP JP58173447A patent/JPS6064212A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000052770A1 (de) * | 1999-03-04 | 2000-09-08 | Robert Bosch Gmbh | Piezoelektrischer aktor |
| US7309397B2 (en) * | 2001-02-21 | 2007-12-18 | Ceramtec Ag Innovative Ceramic Engineering | Process for the manufacture of piezoceramic multilayer actuators |
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