JPS6065968A - 湾曲型圧電アクチユエイタ− - Google Patents
湾曲型圧電アクチユエイタ−Info
- Publication number
- JPS6065968A JPS6065968A JP16936783A JP16936783A JPS6065968A JP S6065968 A JPS6065968 A JP S6065968A JP 16936783 A JP16936783 A JP 16936783A JP 16936783 A JP16936783 A JP 16936783A JP S6065968 A JPS6065968 A JP S6065968A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- curved
- piezo
- piezoelectric actuator
- curved piezoelectric
- electrodes
- 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
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
- F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
- F16K31/004—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by piezoelectric means
- F16K31/005—Piezoelectric benders
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Electrically Driven Valve-Operating Means (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】
本発明は圧電アクチェエイターの改良に係り、高感度の
アクチェエイターを提供することを目的とする。
アクチェエイターを提供することを目的とする。
従来の圧電アクチェエイターには、積層型とバイモルフ
型とがあった。積層型は厚さ方向に分極された薄型を積
層し、電圧の印加によって厚さ方向の変位じ生させる素
子である。変化する力はきわめて強いが変位量が小さく
、厚さの０．３％が限度である。一方、バイモルフ型は
変位量は大きいが、変位力がきわめて小さく、保持力も
小さいので耐振性ば悪し、しかも、電気機械変換効率も
低いという欠点があった。
型とがあった。積層型は厚さ方向に分極された薄型を積
層し、電圧の印加によって厚さ方向の変位じ生させる素
子である。変化する力はきわめて強いが変位量が小さく
、厚さの０．３％が限度である。一方、バイモルフ型は
変位量は大きいが、変位力がきわめて小さく、保持力も
小さいので耐振性ば悪し、しかも、電気機械変換効率も
低いという欠点があった。
また本発明者らは先に湾曲型のセラミックスビーカーを
開発しオーディオ電気信号に対する高感度のスピーカー
を提案したが、アクチュエイターとしての駆動力は弱く
しかも音が邪魔になる。
開発しオーディオ電気信号に対する高感度のスピーカー
を提案したが、アクチュエイターとしての駆動力は弱く
しかも音が邪魔になる。
この発明は上述した従来技術の欠点を解消するもので、
表裏両面に電極を有する圧電薄板を湾曲変形させ、その
外周部を枠体に嵌合した構造にし、電極間に印加された
電気信号で面に垂直な変位を発生することを特徴とする
湾曲型圧電アクチーエイターによって目的を達成したも
のである。以下本発明の実施例を図面に従って説明する
。
表裏両面に電極を有する圧電薄板を湾曲変形させ、その
外周部を枠体に嵌合した構造にし、電極間に印加された
電気信号で面に垂直な変位を発生することを特徴とする
湾曲型圧電アクチーエイターによって目的を達成したも
のである。以下本発明の実施例を図面に従って説明する
。
実施例１
第１図に示すよ５Ｋ、直径４０龍、厚さ０．５ ｍｍの
分極済圧電セラミック円板１をＲ＝ ２５０ ｔｎｍの
曲率半径を有する部分球殻状に変形した。圧電セラミッ
クはＰｂ （Ｚｒ Ｔｉ ） ０．系で、圧電定数ｄｓ
、＝ ２８０ｐｍ／％ｒの電！２の付いた円板１である
。球殻変型した凸面板を外径４４龍、内径４０ｓｍｔ厚
さ２朋のステンレスリング３に嵌合し、田辺に沿って接
着剤で固定し、両面の電極２０周辺部にそれぞれリード
線４および５を半田付けした。セラミック円板１の凹面
側力ら、直径４４酎、厚さ０．２ ｍのステンレス円板
６を接着固定して、湾曲型圧電アクチュエイターができ
上った。リード線４，５間に交流１０ボルト程度の電圧
を印加すると凸面板が振動し、表面に粉体なのせるとこ
れを吹き上げることができる。
分極済圧電セラミック円板１をＲ＝ ２５０ ｔｎｍの
曲率半径を有する部分球殻状に変形した。圧電セラミッ
クはＰｂ （Ｚｒ Ｔｉ ） ０．系で、圧電定数ｄｓ
、＝ ２８０ｐｍ／％ｒの電！２の付いた円板１である
。球殻変型した凸面板を外径４４龍、内径４０ｓｍｔ厚
さ２朋のステンレスリング３に嵌合し、田辺に沿って接
着剤で固定し、両面の電極２０周辺部にそれぞれリード
線４および５を半田付けした。セラミック円板１の凹面
側力ら、直径４４酎、厚さ０．２ ｍのステンレス円板
６を接着固定して、湾曲型圧電アクチュエイターができ
上った。リード線４，５間に交流１０ボルト程度の電圧
を印加すると凸面板が振動し、表面に粉体なのせるとこ
れを吹き上げることができる。
この効果は印加電圧の周波数が共振周波数になるときわ
めて激げしくなるが、共振周波数が２ ＫＨｚ附近であ
るため大きな音の出るのが欠点である。
めて激げしくなるが、共振周波数が２ ＫＨｚ附近であ
るため大きな音の出るのが欠点である。
実施例２
第１図に示した実施例１の湾曲型圧電アクチェエイター
２個を、凸面の中心部同志で接着するとステンレス円板
６でサンドイッチされた２個のリング状のバネになる。
２個を、凸面の中心部同志で接着するとステンレス円板
６でサンドイッチされた２個のリング状のバネになる。
ただし、片面のステンレス板６は直径が５０鮎でケース
７を兼用している。ケース７の深さは内側で４．５ ｙ
ｘ＊であり、ケースの縁は直径６０朋の円板状になって
おり４ケ所にネジ孔がおいている。他面のステンレス板
６の中心部には直径２關高さ１．２關の突起８が設けら
れ、厚さ１ ｍｍの壁板ｌＯの孔に嵌め込んだ状態でネ
ジ９で同定した。突起８は常時壁面より約０．１ｍ出て
いるので壁面に沿ったスライドピン１１をフックしてい
るが、アクチュエイターに電圧を印加するとフックが瞬
時にはずれ、ピン１１が約ｌＯ朋スライドし壁面上の板
１２を移動できた。
７を兼用している。ケース７の深さは内側で４．５ ｙ
ｘ＊であり、ケースの縁は直径６０朋の円板状になって
おり４ケ所にネジ孔がおいている。他面のステンレス板
６の中心部には直径２關高さ１．２關の突起８が設けら
れ、厚さ１ ｍｍの壁板ｌＯの孔に嵌め込んだ状態でネ
ジ９で同定した。突起８は常時壁面より約０．１ｍ出て
いるので壁面に沿ったスライドピン１１をフックしてい
るが、アクチュエイターに電圧を印加するとフックが瞬
時にはずれ、ピン１１が約ｌＯ朋スライドし壁面上の板
１２を移動できた。
実施例３
上述したステンレスリング３ＫＭ曲変形した圧電セラミ
ック円板１を凹面が向き合うように、両側から嵌合固定
し、凸面が外側を向いた湾曲型圧電アクチュエイターを
作った。これは多段重ねのアクチュエイターの基本ユニ
ットであり例えば第３図に示すように３個重ね、さらに
その両側から第１図のアクチュエイターでサンドインチ
し、凸面板の中心部を接着した。両側のステンレス板６
゜７を強く圧すとバネが縮み全体で１１ｉ＋ｍの高さに
なる。ここでステンレス板６は直径４４龍、厚さ０．５
朋であり、ステンレス板６は外径４６闘のケース７を兼
ねた０、５ ＋ｕ＋厚の板であり、２分割してアクチュ
エイターを挿入する。ステンレス板６の外周とケース７
０間にゴム質のクッション１３を用いる。
ック円板１を凹面が向き合うように、両側から嵌合固定
し、凸面が外側を向いた湾曲型圧電アクチュエイターを
作った。これは多段重ねのアクチュエイターの基本ユニ
ットであり例えば第３図に示すように３個重ね、さらに
その両側から第１図のアクチュエイターでサンドインチ
し、凸面板の中心部を接着した。両側のステンレス板６
゜７を強く圧すとバネが縮み全体で１１ｉ＋ｍの高さに
なる。ここでステンレス板６は直径４４龍、厚さ０．５
朋であり、ステンレス板６は外径４６闘のケース７を兼
ねた０、５ ＋ｕ＋厚の板であり、２分割してアクチュ
エイターを挿入する。ステンレス板６の外周とケース７
０間にゴム質のクッション１３を用いる。
これで液体ポンプ用モーターができたわけで、５０ Ｈ
ｚ １００ボルトの電圧を印加するとステンレス板６が
振動板となり振幅数ミＩＪの振動が得られ、ポンプ用に
利用できる超薄型モータとして有用である。ケースに入
れたことにより必要以上の振動変位が生じないよう規制
されたので、セラミック板が割れることがなくなり、さ
らにゴムクッション１３によるプリストレスは、直流電
圧の繰り返し印加に対する変位の大きな履歴現象を削減
した。
ｚ １００ボルトの電圧を印加するとステンレス板６が
振動板となり振幅数ミＩＪの振動が得られ、ポンプ用に
利用できる超薄型モータとして有用である。ケースに入
れたことにより必要以上の振動変位が生じないよう規制
されたので、セラミック板が割れることがなくなり、さ
らにゴムクッション１３によるプリストレスは、直流電
圧の繰り返し印加に対する変位の大きな履歴現象を削減
した。
実施例４
上述の実施例はすべて円板を用いたが、アクチーエイタ
ーとしては角板をかまぼこ状に湾曲した圧電板を用いた
ものも有用であり、第４図に４０ｍ１＋Ｘ ２０ ｍ
Ｘ Ｏ，５龍のセラミック板１を用いた単一素子〔同図
（ａ）参照〕、２枚一対の素子〔同図（ｂ）参照〕。
ーとしては角板をかまぼこ状に湾曲した圧電板を用いた
ものも有用であり、第４図に４０ｍ１＋Ｘ ２０ ｍ
Ｘ Ｏ，５龍のセラミック板１を用いた単一素子〔同図
（ａ）参照〕、２枚一対の素子〔同図（ｂ）参照〕。
多段重ねの素子〔同図（Ｃ）参照〕を例示した。
以上説明したように、表裏両面に電極を有する圧電薄板
を湾曲変形させその外周部を枠体に嵌合した構造にし、
電極間に印加された電気信号で面に垂直な変位を発生さ
せる構成にしたから、座屈バネの変位拡大化機構の原理
にもとづき、比較的低電圧で大変位を得る効果がある。
を湾曲変形させその外周部を枠体に嵌合した構造にし、
電極間に印加された電気信号で面に垂直な変位を発生さ
せる構成にしたから、座屈バネの変位拡大化機構の原理
にもとづき、比較的低電圧で大変位を得る効果がある。
しかも、バネとして見たとき周辺固定型であるから、バ
ネ定数が大きく硬いバネとして作用するので静止保持力
が強く、外部振動の影響を受けに（い点か特徴である。
ネ定数が大きく硬いバネとして作用するので静止保持力
が強く、外部振動の影響を受けに（い点か特徴である。
また、多段重ね型で、ゴム質のバネなどで予衿抑圧され
ているプリストレス型の場合は、印加電圧に対する変位
の応当に履歴現象の少ないことが特徴である。さらに、
大振幅動作を行わせた場合、負荷が急変したときなど振
幅が大きくなり過ぎて、セラミック湾曲板が割れてしま
う現象がしばしば見られるが、ケースなどを用いて振幅
が一定値以上に広がらないように制限することＫよって
セラミックが割れる事故を防止することができる。
ているプリストレス型の場合は、印加電圧に対する変位
の応当に履歴現象の少ないことが特徴である。さらに、
大振幅動作を行わせた場合、負荷が急変したときなど振
幅が大きくなり過ぎて、セラミック湾曲板が割れてしま
う現象がしばしば見られるが、ケースなどを用いて振幅
が一定値以上に広がらないように制限することＫよって
セラミックが割れる事故を防止することができる。
第１図（ａ） ＊ （ｂ）は本発明による円板型湾曲圧
電アクチユエイタ−の原理説明図、第２図は本発明によ
る湾曲型圧電アクチュエイターを７ツクバネに応用した
例を示す説明図、第３図は本発明による湾曲型圧電アク
チュエイターを多段に重ねた一実施例を示す断面図、第
４図（ａ） 、 （ｂ） ＊ （Ｃ）は本発明による湾
曲型圧電アクチーエイターの別の各実施例を示す説明図
である。 １・・・・・・圧電セラミック板、２・・・・・・電極
、３・・・・・・リング、６・・・・・・ステンレス板
、７・・・・・・ケース。 ′ｔ １ 口 才 ２ｒ：１Ｉ ７３ 悶 す ４ 躬
電アクチユエイタ−の原理説明図、第２図は本発明によ
る湾曲型圧電アクチュエイターを７ツクバネに応用した
例を示す説明図、第３図は本発明による湾曲型圧電アク
チュエイターを多段に重ねた一実施例を示す断面図、第
４図（ａ） 、 （ｂ） ＊ （Ｃ）は本発明による湾
曲型圧電アクチーエイターの別の各実施例を示す説明図
である。 １・・・・・・圧電セラミック板、２・・・・・・電極
、３・・・・・・リング、６・・・・・・ステンレス板
、７・・・・・・ケース。 ′ｔ １ 口 才 ２ｒ：１Ｉ ７３ 悶 す ４ 躬
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 （１）表裏両面に電磁を有する圧電薄板を湾曲変形させ
、その外周部を枠体に嵌合した構造にし、電極間に印加
された電気信号で面に垂直な変位を発生することを特徴
とする湾曲型圧電アクチェエイター。 （２、特許請求の範囲第（１）項記載の湾曲型圧′成ア
クチェエイター２個をそれぞれ凸面中心部同志接合する
ことにより、電気信号に対してより大きな枠体間隔の変
位を生じさせることを特徴とする湾曲型圧電アクチェエ
イター。 （３）特許請求の範囲第（２）項記載の湾曲型圧電アク
チェエイターの複数個を枠体同志結合し、両端の枠体の
最外部同志間に、電気信号に対する大きな変位を生じさ
せることを特徴とする多段重ねの湾曲型圧電アクチーエ
イター。 （４）特許請求の範囲第（３）項記載の多段重ねの湾曲
型圧電アクチェエイターにおいて枠体間の距離が必要以
上に拡がり、セラミックが破壊することのないよう伸び
の制限機構をそなえたことを特徴とする多段重ねの湾曲
型圧電アクチェエイター。 （５）特許請求の範囲第（４）項記載の多段重ねの湾曲
型圧電アクチェエイターにおいて、振動板と伸び制限機
能を果すケースなどの間にバネ作用を有する物体を挿入
し、アクチェエイターにプリストレスを与えることによ
り、印加電圧に対する伸びの応答性における履歴現象を
少なくしたことを特徴とした多段重ねの湾曲型圧電アク
チーエイター。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16936783A JPS6065968A (ja) | 1983-09-16 | 1983-09-16 | 湾曲型圧電アクチユエイタ− |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16936783A JPS6065968A (ja) | 1983-09-16 | 1983-09-16 | 湾曲型圧電アクチユエイタ− |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6065968A true JPS6065968A (ja) | 1985-04-15 |
Family
ID=15885267
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16936783A Pending JPS6065968A (ja) | 1983-09-16 | 1983-09-16 | 湾曲型圧電アクチユエイタ− |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6065968A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6430979A (en) * | 1987-07-24 | 1989-02-01 | Matsushita Electric Industrial Co Ltd | Piezo-electric valve |
| US4903732A (en) * | 1989-01-19 | 1990-02-27 | A. K. Allen Company | Piezoelectric valve |
| US5961096A (en) * | 1996-04-03 | 1999-10-05 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Ferroelectric fluid flow control valve |
| FR2864197A1 (fr) * | 2003-12-18 | 2005-06-24 | Eaton Sa Monaco | Vanne hydraulique a rondelle piezoelectrique |
-
1983
- 1983-09-16 JP JP16936783A patent/JPS6065968A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6430979A (en) * | 1987-07-24 | 1989-02-01 | Matsushita Electric Industrial Co Ltd | Piezo-electric valve |
| US4903732A (en) * | 1989-01-19 | 1990-02-27 | A. K. Allen Company | Piezoelectric valve |
| US5961096A (en) * | 1996-04-03 | 1999-10-05 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Ferroelectric fluid flow control valve |
| FR2864197A1 (fr) * | 2003-12-18 | 2005-06-24 | Eaton Sa Monaco | Vanne hydraulique a rondelle piezoelectrique |
| WO2005061935A1 (fr) * | 2003-12-18 | 2005-07-07 | Eaton S.A.M. | Vanne hydraulique a rondelle piezoelectrique |
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