JP5687921B2 - Piezoelectric actuator - Google Patents
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Description
本発明は、圧電アクチュエータの改良に関する。 The present invention relates to an improvement of a piezoelectric actuator.
電圧の印加により変位する圧電素子を備えた圧電アクチュエータとしては、たとえば、中空のコイルばねと、コイルばねの表面を圧電素子で巻回したものがある(たとえば、特許文献1参照)。 As a piezoelectric actuator provided with a piezoelectric element that is displaced by application of a voltage, for example, there are a hollow coil spring and a coil spring whose surface is wound with a piezoelectric element (see, for example, Patent Document 1).
この圧電アクチュエータによれば、特に、特開平05−75173号公報に開示されているような変位拡大機構を用いずに、大きな変位を得られる。 According to this piezoelectric actuator, in particular, a large displacement can be obtained without using a displacement enlarging mechanism as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 05-75173.
しかしながら、上記した圧電アクチュエータは、上述したように、コイルばねの表面全部に圧電素子を巻き付ける必要があるので、圧電アクチュエータの変位量の変更や調整が難しく、変位量に対する要求にフレキシブルに対応することができず、量産性に乏しく、製造コストも高いという問題がある。 However, as described above, since the piezoelectric actuator described above needs to wrap the piezoelectric element around the entire surface of the coil spring, it is difficult to change or adjust the displacement amount of the piezoelectric actuator, and to flexibly meet the demand for the displacement amount. However, there is a problem that the mass production is poor and the manufacturing cost is high.
そこで、上記不具合を改善するために創案されたものであって、その目的とするところは、変位量の変更や調整が簡単であって、量産性を向上でき、製造コストを低減することが可能な圧電アクチュエータを提供することである。 Therefore, it was created to improve the above-mentioned problems, and its purpose is to easily change or adjust the amount of displacement, improve mass productivity, and reduce manufacturing costs. A piezoelectric actuator is provided.
上記した目的を達成するため、本発明の課題解決手段は、電圧印加により変形する圧電素子を備えた圧電アクチュエータにおいて、環状であって周方向に波打つように湾曲部を有するウェーブリングと、当該ウェーブリングの湾曲部にそれぞれ貼付された圧電素子とを備え、推力の出力方向を上記ウェーブリングの軸方向としたことを特徴とする。 In order to achieve the above-described object, the problem-solving means of the present invention is a piezoelectric actuator including a piezoelectric element that is deformed by applying a voltage, and includes a wave ring that is annular and has a curved portion so as to wave in the circumferential direction. and a piezoelectric element which is attached respectively to the curved portion of the ring, the output direction of the thrust, characterized in that the axial direction of the wave rings.
また、上記した目的を達成するため、本発明の他の課題解決手段は、電圧印加により変形する圧電素子を備えた圧電アクチュエータにおいて、環状であって周方向に波打つように所定数の湾曲部を有するウェーブリングを複数積層し、各ウェーブリングの湾曲部同士を凸側面を向けて接合してリングユニットを形成するとともに、当該各ウェーブリングの湾曲部にそれぞれ圧電素子を貼付け、推力の出力方向を上記ウェーブリングの軸方向としたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, another means for solving the problems of the present invention is to provide a piezoelectric actuator having a piezoelectric element that is deformed by applying a voltage, and having a predetermined number of curved portions that are annular and wave in the circumferential direction. A plurality of wave rings are laminated, and curved portions of each wave ring are joined with their convex sides facing each other to form a ring unit, and a piezoelectric element is attached to each curved portion of each wave ring, and the output direction of thrust is set. The axial direction of the wave ring is used.
また、上記した目的を達成するため、本発明の別の課題解決手段は、電圧印加により変形する圧電素子を備えた圧電アクチュエータにおいて、環状であって周方向に波打つように湾曲部を有するウェーブリングを複数積層し、ウェーブリング間にプレートを介装してリングユニットを形成するとともに、当該各ウェーブリングの湾曲部にそれぞれ圧電素子を貼付け、推力の出力方向を上記ウェーブリングの軸方向としたことを特徴とする。 In order to achieve the above-described object, another problem-solving means of the present invention is a piezoelectric actuator including a piezoelectric element that is deformed by application of a voltage. the plurality of stacked and interposed plate between the wave ring to form a ring unit, Paste piezoelectric elements respectively to the curved portions of the respective wave rings, the output direction of thrust to the axial direction of the wave ring It is characterized by.
本発明の圧電アクチュエータは、ウェーブリングの湾曲部に圧電素子を設けただけの簡単な構成であるから、量産性が向上し、製造コストも安価となる。 Since the piezoelectric actuator of the present invention has a simple configuration in which a piezoelectric element is simply provided on the curved portion of the wave ring, the mass productivity is improved and the manufacturing cost is reduced.
また、この圧電アクチュエータは、圧電素子へ電圧を印加することで、ウェーブリングの軸方向長さを変化させることで軸方向に変位するが、変位量を多くしたい場合には、圧電アクチュエータを複数積層させればよく、簡単に変位量を調節、変更することができる。 This piezoelectric actuator is displaced in the axial direction by changing the length of the wave ring in the axial direction by applying a voltage to the piezoelectric element. If you want to increase the amount of displacement, multiple piezoelectric actuators are stacked. The displacement amount can be easily adjusted and changed.
以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。図1に示すように、一実施の形態における圧電アクチュエータは、環状であって周方向に波打つように湾曲部2,3を有するウェーブリング1と、当該ウェーブリング1の湾曲部2,3に設けた圧電素子4とを備えて構成されている。
The present invention will be described below based on the embodiments shown in the drawings. As shown in FIG. 1, the piezoelectric actuator according to one embodiment is provided in a
以下、各部について詳細に説明する。まず、ウェーブリング1は、図1および図2に示すように、弾性を備えるとともに環状であって、周方向に図2中上方へ凸となる湾曲部2と下方へ凸となる湾曲部3とが交互に現れるように形成されている。つまり、ウェーブリング1は、周方向に波打つように湾曲部2,3を備えている。
Hereinafter, each part will be described in detail. First, as shown in FIGS. 1 and 2, the
上記湾曲部2,3の凹側面2a,3a、つまり湾曲部2の図1中下面と湾曲部3の図1中上面には、圧電素子4が設けられている。圧電素子4は、図外の電源からの電圧の印加によって伸縮する逆圧電効果を呈する圧電体であり、一端面と他端面にそれぞれ電極4a,4bを備えており、湾曲部2,3の凹側面2a,3aに貼付されている。より詳細には、この圧電素子4は、上記図外の電源から電極4a,4bを介して電圧を印加すると、ウェーブリング1の周方向あるいは貼付箇所における接線方向に沿うように伸縮するようにウェーブリング1に貼付してある。なお、圧電素子4は、この場合、接着によってウェーブリング1に貼付されているが、その他の方法によって圧電素子4をウェーブリング1に一体化してもよい。また、ウェーブリング1が導電体の場合には、当該ウェーブリング1を圧電素子4の電極として用いることもできる。
たとえば、圧電素子4を伸長させると、湾曲部2,3は、圧電素子4の伸長によって平坦となるように撓むので、圧電素子4へ電圧を全く印加していない状態のウェーブリング1に対してウェーブリング1の図1中上下方向長さとなる軸方向長さを短かくすることができる。反対に、圧電素子4を収縮させると、湾曲部2,3は、圧電素子4の収縮によってより湾曲を深めるように撓むので、圧電素子4へ電圧を全く印加していない状態のウェーブリング1に対してウェーブリング1の図1中上下方向長さとなる軸方向長さを長くすることができる。
For example, when the
つまり、このウェーブリング1と圧電素子4とでなる圧電アクチュエータの推力の出力方向は、ウェーブリング1の軸方向となる図1中上下方向となっている。なお、この実施の形態の場合、湾曲部2,3の凹側面2a,3aにのみ圧電素子4を設けたユニモルフ型とされているが、湾曲部2,3の凸側面2b,3bにも圧電素子を設けてバイモルフ型に設定されてもよい。
That is, the output direction of thrust of the piezoelectric actuator composed of the
また、この圧電アクチュエータは、ウェーブリング1が外力によって、軸方向へ変位させられると、湾曲部2,3の撓み量が変化して圧電素子4も伸縮して発電するので、この電力を回収することも可能である。さらに、圧電素子4を図外の外部回路へ接続したり、圧電素子4に上記電源によって電圧を印加するようにしたりして、ウェーブリング1が外力によって軸方向変形する際に圧電素子4に当該変形を抑制する減衰力を発揮させることも可能である。
In addition, when the
以上のように、この圧電アクチュエータは、ウェーブリング1の湾曲部2,3に圧電素子4を設けただけの簡単な構成であるから、量産性が向上し、製造コストも安価となる。
As described above, since this piezoelectric actuator has a simple configuration in which the
また、この圧電アクチュエータは、圧電素子4へ電圧を印加しウェーブリング1の軸方向長さを変化させることで軸方向に変位するが、変位量を多くしたい場合には、圧電アクチュエータを複数積層させればよく、簡単に変位量を調節、変更することができる。
This piezoelectric actuator is displaced in the axial direction by applying a voltage to the
具体的には、図3に示すように、ウェーブリング1を複数積層し、ウェーブリング1間にプレート5を介装してリングユニットR1を形成して、一つの圧電アクチュエータを構成すればよい。プレート5の外形は円形状に限られるものではなく、また、プレート5は、環状であってもよいし孔の無い板でもよい。この場合、プレート5とウェーブリング1とが積層状態を保つことができる程度に径方向ずれを規制する必要があるが、双方の外周に対向して双方の径方向の相対ずれを規制する筒を設けたり、プレート5とウェーブリング1の積層高さ以上の長さを持ちプレート5とウェーブリング1との外周に対向して双方の径方向の相対ずれを規制する棒状等のガイドを設けたりして同様の規制を行ってもよい。また、プレート5が環状である場合、プレート5とウェーブリング1の径方向の相対ずれを内周側に挿入される筒やガイドを用いてこれらの内周側で規制するようにしてもよいし、内周側と外周側の双方で同様の規制を行ってもよい。この場合、圧電アクチュエータの変位量は、ウェーブリング1の積層数によって簡単に調節、変更することができる。
Specifically, as shown in FIG. 3, a plurality of
さらに、図4に示すように、複数のウェーブリング1の湾曲部2,3同士を凸側面2b,3bを突き合わせて連結してリングユニットR2を形成して、一つの圧電アクチュエータを構成することもできる。
Furthermore, as shown in FIG. 4, the
この場合、一のウェーブリング1の湾曲部2の凸側面2bをこのウェーブリング1の直上に積層された湾曲部3の凸側面3bとを突き合わせて溶接や接着によって、一のウェーブリング1と直上のウェーブリング1とが一体化され、また、一のウェーブリング1の湾曲部3の凸側面3bをこのウェーブリング1の直下に積層された湾曲部2の凸側面2bとを突き合わせて溶接や接着によって、一のウェーブリング1と直下のウェーブリング1とが一体化される。この場合は、各ウェーブリング1がばらばらにならないように一体化されているので、径方向への位置決めすることを要しない。そして、この圧電アクチュエータにあっても、圧電アクチュエータの変位量は、ウェーブリング1の積層数によって簡単に調節、変更することができる。
In this case, the
そして、このように構成された、圧電アクチュエータを車両の車体と車軸との間に介装することで、ウェーブリング1が弾性を備えているので懸架ばねとして利用することができる一方で、圧電素子4への印加電圧を制御してやることで、アクチュエータとして機能させて車体振動を抑制するダンパとして利用することもできる。また、積極的に伸縮することができるので、アクティブサスペンションとして機能することもでき、さらに、懸架ばねとして油圧ダンパや電磁力で減衰力を発揮する電磁ダンパに並列させて使用することもでき、特に、本発明のアクチュエータは外力で伸縮する場合には発電するから、当該発電した電力を電磁ダンパへ供給することができ電磁ダンパと組み合わせての使用に適し、さらには、発電電力で車両のバッテリを充電することもできる。
And by interposing the piezoelectric actuator thus configured between the vehicle body and the axle of the vehicle, the
以上で、本発明の実施の形態についての説明を終えるが、本発明の範囲は図示されまたは説明された詳細そのものには限定されないことは勿論である。 This is the end of the description of the embodiment of the present invention, but the scope of the present invention is of course not limited to the details shown or described.
本発明は、圧電アクチュエータに利用することができる。 The present invention can be used for a piezoelectric actuator.
1 ウェーブリング
2,3 湾曲部
2a,3a 湾曲部の凹側面
2b,3b 湾曲部の凸側面
4 圧電素子
5 プレート
R1,R2 リングユニット
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