JPH03153977A - Piezo actuator - Google Patents
Piezo actuatorInfo
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Landscapes
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- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、圧電アクチュエータ、特に圧電素子の変位を
液体を用いて拡大する機構を備えた圧電アクチュエータ
に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a piezoelectric actuator, and particularly to a piezoelectric actuator equipped with a mechanism for expanding the displacement of a piezoelectric element using a liquid.
（従来技術）
圧電素子の変位を液体を用いて拡大する機構を備えた圧
電アクチュエータとして、従来、例えば特開昭４８−４
８２３号公報や特公昭６０−１４９５４号公報にに開示
されたものが知られている。ト（イ゛仁７ｌ−
これら、従来の圧電アクチュエータにあっては、変位拡
大用の液体を収容するための液体室は圧電素子の外部に
のみ形成されていた。(Prior Art) Conventionally, as a piezoelectric actuator equipped with a mechanism for expanding the displacement of a piezoelectric element using a liquid, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 48-4
Those disclosed in Japanese Patent Publication No. 823 and Japanese Patent Publication No. 60-14954 are known. In these conventional piezoelectric actuators, a liquid chamber for accommodating a liquid for increasing displacement is formed only outside the piezoelectric element.
（発明が解決しようとする課題）
しかし、圧電素子の変位を液体を用いて拡大する機構を
備えた圧電アクチュエータにおいて、安定した出力を得
るためには、ある程度の容量をもった液体室が必要であ
ることから、圧電素子の外部にのみ液体室が形成された
従来の圧電アクチュエータでは、アクチュエータの構造
寸法のコンパクト化を図り難いという問題があった。(Problem to be solved by the invention) However, in a piezoelectric actuator equipped with a mechanism that uses liquid to expand the displacement of a piezoelectric element, a liquid chamber with a certain capacity is required in order to obtain a stable output. For this reason, conventional piezoelectric actuators in which a liquid chamber is formed only outside the piezoelectric element have a problem in that it is difficult to make the structure of the actuator more compact.
したがって本発明の目的は、圧電素子の変位を液体を用
いて拡大する機構を備えた圧電アクチュエータであって
、寸法のコンパクト化を図ることができる圧電アクチュ
エータを提供することにある。Therefore, an object of the present invention is to provide a piezoelectric actuator that is equipped with a mechanism for expanding the displacement of a piezoelectric element using a liquid, and that can be made compact in size.
（課題を達成するための手段）
上記課題を解決するために、本発明においては、圧電素
子の変位を液体を用いて拡大する機構を備えた圧電アク
チュエータにおいて、圧電素子が筒状に形成され、該筒
の内部に、変位拡大用の液体を収容するための液体室の
一部が形成されて成る圧電アクチュエータを提供する。(Means for Achieving the Problems) In order to solve the above problems, in the present invention, in a piezoelectric actuator equipped with a mechanism for expanding the displacement of a piezoelectric element using a liquid, the piezoelectric element is formed in a cylindrical shape, A piezoelectric actuator is provided in which a part of a liquid chamber for accommodating a liquid for increasing displacement is formed inside the cylinder.
（作用）
上述のごとく、本発明にあっては、圧電素子の変位を液
体を用いて拡大する機構を備えた圧電アクチュエータに
おいて、圧電素子を筒状に形成し、該筒の内部に、変位
拡大用の液体を収容するための液体室の一部を形成した
ので、圧電素子の外部にのみ液体室を設ける場合に比べ
圧電アクチュエータの寸法が小さくなる。(Function) As described above, in the present invention, in a piezoelectric actuator equipped with a mechanism for enlarging the displacement of a piezoelectric element using a liquid, the piezoelectric element is formed in a cylindrical shape, and a displacement amplifying device is provided inside the cylinder. Since a part of the liquid chamber for accommodating the liquid is formed, the dimensions of the piezoelectric actuator are smaller than in the case where the liquid chamber is provided only outside the piezoelectric element.
（実施例）
゛以下、本発明の一実施例を、図面を参照して説明する
。(Example) Hereinafter, an example of the present invention will be described with reference to the drawings.
第１図は本発明による構造を適用した変位伝達機構とし
ての圧電アクチュエータを示す。図中参照番号ｌは大径
円筒部と小径円筒部とを備えた円筒状の例えばアルミニ
ウム等から成るボディであり、２は下端にフランジ部２
ａを有する円筒状の人力ビストンである。入力ビストン
２はフランジ部２ａと上端部がそれぞれボディＩの大径
円筒部と小径円筒部とに摺動自在に内嵌している。FIG. 1 shows a piezoelectric actuator as a displacement transmission mechanism to which a structure according to the present invention is applied. Reference number 1 in the figure is a cylindrical body made of aluminum, for example, and has a large diameter cylindrical part and a small diameter cylindrical part, and 2 is a flange part 2 at the lower end.
It is a cylindrical human-powered piston with a. A flange portion 2a and an upper end portion of the input piston 2 are slidably fitted into a large-diameter cylindrical portion and a small-diameter cylindrical portion of the body I, respectively.
ボディｌには円筒状の圧電素子３が収容されている。圧
電素子３は円筒形に成形したｄ ３１タイプすなわち電
圧の印加方向に対して直角の方向に変位するタイプの単
層の圧電材セラミック３ａと、圧電材セラミック３ａの
内外面に形成された電極３ｂとから成る。圧電素子３の
一端は案内板４を介してボディｌに当接し、他端は案内
板５を介して人力ビストン２のフランジ部２ａに当接し
ている。案内板４には電極端子６が埋め込まれており、
電極端子６の一端は圧電素子３の電極３ｂに接続され、
他端はボディ１の側面の開口に嵌合してねじ止めされた
電極板７に接続されている。A cylindrical piezoelectric element 3 is housed in the body l. The piezoelectric element 3 includes a single-layer piezoelectric ceramic 3a formed into a cylindrical shape, that is, a type that is displaced in a direction perpendicular to the direction of voltage application, and electrodes 3b formed on the inner and outer surfaces of the piezoelectric ceramic 3a. It consists of One end of the piezoelectric element 3 contacts the body l via a guide plate 4, and the other end contacts the flange portion 2a of the human-powered piston 2 via a guide plate 5. An electrode terminal 6 is embedded in the guide plate 4,
One end of the electrode terminal 6 is connected to the electrode 3b of the piezoelectric element 3,
The other end is connected to an electrode plate 7 that fits into an opening on the side of the body 1 and is screwed.
ボディ１の大径円筒部の下端部には、ボディＩと同様の
材料から成り、頂部に円形の凹部８′を有するカバー８
が連結されている。ボディ１の大径円筒部の下端部及び
カバー８の上端部には、フランジ部１ａ及びフランジ部
８ａがそれぞれ設けられている。また、ボディｌのフラ
ンジ部１ａの下面には凸部ｔｂが形成され、カバー８の
フランジ部８ａの上面には前記凸部１ｂに整合する凹部
８ｂが形成されている。At the lower end of the large-diameter cylindrical portion of the body 1, there is a cover 8 made of the same material as the body I and having a circular recess 8' at the top.
are connected. A flange portion 1a and a flange portion 8a are provided at the lower end of the large diameter cylindrical portion of the body 1 and the upper end of the cover 8, respectively. Further, a convex portion tb is formed on the lower surface of the flange portion 1a of the body l, and a concave portion 8b that matches the convex portion 1b is formed on the upper surface of the flange portion 8a of the cover 8.
ダイヤフラム１０は、例えばドーナッツ状の可撓性の金
属板から成り、その外周部がボディ１及びカバー８のフ
ランジ部１ａ、８ａの間に液密に取り付けられている。The diaphragm 10 is made of, for example, a donut-shaped flexible metal plate, and its outer peripheral portion is attached between the flange portions 1a and 8a of the body 1 and the cover 8 in a liquid-tight manner.
即ち、ボディｌとカバー８とは、両フランジ部１ａ、８
ａ間にダイヤフラム１０の外周部を介在させた状態で、
ステンレス、鋼あるいは黄銅等から成る断面コ字状のか
しめ用部材９を外嵌合せしめ、このかしめ用部材９を圧
縮することによって連結され、このときに両フランジ部
のかしめと、凸部１ｂ、凹部８ｂとによって、ダイヤフ
ラム１０の外周部が両フランジ部間に液密に挟持される
。また、ダイヤフラムｌＯの内周部は、入力ビストン２
のフランジ２ａの下面に例えばろう付は等によって液密
に取り付けられている。That is, the body l and the cover 8 have both flange parts 1a, 8
With the outer peripheral part of the diaphragm 10 interposed between a,
The caulking member 9, which is made of stainless steel, steel, brass, etc. and has a U-shaped cross section, is fitted onto the outside, and the caulking member 9 is compressed to connect the two flanges, and the convex portion 1b, The outer periphery of the diaphragm 10 is held between both flanges in a liquid-tight manner by the recess 8b. In addition, the inner peripheral part of the diaphragm lO is connected to the input piston 2.
It is fluid-tightly attached to the lower surface of the flange 2a by, for example, brazing or the like.
人力ビストン２には下側、即ちカバー８側から上方に向
けて順に、ばね収容室１１、通孔１２及び出力ビストン
収容室１３が同心状に互いに連通して形成されている。In the human-powered piston 2, a spring housing chamber 11, a through hole 12, and an output piston housing chamber 13 are formed concentrically and in communication with each other in order from the lower side, that is, from the cover 8 side toward the upper side.
ばね収容室１１にはコイル状の戻しばね１４が収容され
ており、この戻しばね１４は、一端がカバー８に、他端
が入力ビストン２に当接して入力ビストン２を図中上方
へ付勢している。A coil-shaped return spring 14 is housed in the spring housing chamber 11, and one end of the return spring 14 contacts the cover 8 and the other end contacts the input piston 2 to urge the input piston 2 upward in the figure. are doing.
また、出力ビストン収容室１３に隣接する、入力ビスト
ン２の上端開口部２ｂには、軸受１５が螺合しており、
この軸受１５を貫通する出力ポート１５ａに出力ビスト
ン１６が摺動自在に嵌合している。出力ビストン１６の
一端側は出力ビストン収容室１３内に延びており、他端
側は軸受１５の外方に延びると共にその端部に、圧電ア
クチュエータによって制御される、弁等の装置（図示せ
ず）が連結されてる。Further, a bearing 15 is screwed into the upper end opening 2b of the input piston 2 adjacent to the output piston storage chamber 13.
An output piston 16 is slidably fitted into an output port 15a passing through the bearing 15. One end of the output piston 16 extends into the output piston storage chamber 13, and the other end extends outside the bearing 15, and a device (not shown) such as a valve controlled by a piezoelectric actuator is provided at the end of the output piston 16. ) are connected.
出力ビストン１６の出力ビストン収容室１３内に延びて
いる部分は、ベローズ１８で覆われている。ベローズ１
８は、一端側に底部１８ａを有し且つ他端部が半径方向
外方に延びた略円筒形状をなし、例えば電着メツキ等に
より一体に且つ伸縮性、弾力性をもつように形成されて
いる。ベローズ１８の底部１８ａは出力ビストン１６の
端面に対向するように配置され、他端部は、軸受１５と
入力ビストン２の間に挟持されている。更に、ベローズ
１８の他端部と入力ビストン２との間には０リング１７
が配置されている。A portion of the output piston 16 extending into the output piston housing chamber 13 is covered with a bellows 18. Bellows 1
8 has a substantially cylindrical shape with a bottom 18a at one end and a radially outward extension at the other end, and is formed integrally with elasticity and elasticity by, for example, electroplating. There is. A bottom portion 18a of the bellows 18 is arranged to face an end surface of the output piston 16, and the other end portion is held between the bearing 15 and the input piston 2. Furthermore, an O ring 17 is provided between the other end of the bellows 18 and the input piston 2.
is located.
以上のように構成されたアクチュエータでは、ボディｌ
と入力ビストン２のフンランジ２ａとカバー８とによっ
て形成された空間、ばね収容室ｌｌ、通孔１２及び出力
ビストン収容室１３によって液体室１９が構成され、こ
の液体室１９内に非圧縮性の液体が封入されている。In the actuator configured as above, the body l
A liquid chamber 19 is constituted by the space formed by the flange 2a of the input piston 2 and the cover 8, the spring housing chamber 11, the through hole 12, and the output piston housing chamber 13. is included.
前記カバー８には上方の小径部８Ｃと下方の大径部８ｃ
’とから成る円形貫通孔８Ｃが形成されており、この貫
通孔８Ｃの上方小径部８ｃ’に鋼球２０が密嵌合すると
ともに、下方大径部８ｃ’に調整ねじ２１がその頂部を
鋼球２０に当接させた状態で螺合している。この鋼球２
０は、カバー８、ひいては液体室１９をシールするとと
もに、調整ねじ２１を廻すことにより前進して、出力ビ
ストン１６の基準位置を調整するようになっている。The cover 8 has an upper small diameter portion 8C and a lower large diameter portion 8c.
A circular through hole 8C is formed, and a steel ball 20 is tightly fitted into the upper small diameter part 8c' of this through hole 8C, and an adjustment screw 21 is inserted into the lower large diameter part 8c' so that the top part of the through hole 8C is made of steel. The ball 20 is screwed into contact with the ball 20. This steel ball 2
0 seals the cover 8 and thus the liquid chamber 19, and moves forward by turning the adjustment screw 21 to adjust the reference position of the output piston 16.
次に、上記構成の圧電アクチュエータの作動を説明する
。Next, the operation of the piezoelectric actuator having the above configuration will be explained.
圧電素子３の電極６に通電すると、圧電素子３は圧電効
果により円筒の軸方向に伸長し、圧電素子３と連結され
た人力ビストン２を図中下方へ移動させる。入力ビスト
ン２のこの運動は、液体室１９に封入された非圧縮性の
液体を介して、入力ビストン２のフランジ部の直径りと
出力ビストン１６の直径ｄの自乗比、すなわちＤ”／ｄ
’比で拡大されて、出力ビストン１６に伝達され、これ
により出力ビストン１６は、戻しばね１４のばね力に抗
して、基準位置から圧電素子３の伸長量に応じた位置に
移動する。When the electrode 6 of the piezoelectric element 3 is energized, the piezoelectric element 3 expands in the axial direction of the cylinder due to the piezoelectric effect, and the human-powered piston 2 connected to the piezoelectric element 3 is moved downward in the figure. This movement of the input piston 2 is caused by the incompressible liquid sealed in the liquid chamber 19 to increase the square ratio of the diameter of the flange portion of the input piston 2 to the diameter d of the output piston 16, that is, D''/d.
' ratio and is transmitted to the output piston 16, whereby the output piston 16 moves from the reference position to a position corresponding to the amount of expansion of the piezoelectric element 3 against the spring force of the return spring 14.
また、圧電素子３の電極６への通電が停止されると、戻
しばね１４の付勢力と圧電素子３の収縮とにより、入力
ビストン２が図中上方に移動し、該移動に伴う液体室１
９内の負圧と、ベローズ１８の復元力とにより、出力ビ
ストン１６は基準位置に戻る。Furthermore, when the power supply to the electrode 6 of the piezoelectric element 3 is stopped, the input piston 2 moves upward in the figure due to the biasing force of the return spring 14 and the contraction of the piezoelectric element 3, and the liquid chamber 1
The output piston 16 returns to the reference position due to the negative pressure inside the piston 9 and the restoring force of the bellows 18.
上記の説明から分かるように、本実施例に係る圧電アク
チュエータにあっては、圧電素子３を筒状に形成し、該
筒の内部に変位拡大用の液体を収容する液体室１９の一
部であるばね収容室１１、通孔１２、ピストン収容室１
３を設けることにより、従来圧電素子が占拠していた空
間の一部を他の構成要素の収容空間として有効利用した
ので、圧電素子の外部にのみ液体室を設けていた従来の
圧電アクチュエータに比べ構造寸法をコンパクトにする
ことができる。As can be seen from the above description, in the piezoelectric actuator according to the present embodiment, the piezoelectric element 3 is formed in a cylindrical shape, and a part of the liquid chamber 19 that accommodates the liquid for increasing displacement inside the cylinder. Spring housing chamber 11, through hole 12, piston housing chamber 1
By providing 3, a part of the space conventionally occupied by the piezoelectric element is effectively used as a space for accommodating other components, so compared to conventional piezoelectric actuators that have a liquid chamber only outside the piezoelectric element. The structural dimensions can be made compact.
また、従来、出力ビストン１６に設けられていた戻しば
ね１４を入力ビストン２に設け、入力ビストン２を直接
付勢するようにしたので、圧電素子３への通電を行い入
力ビストン２を動かす際に、ピストン２と圧電素子３と
の間に接着剤等の連結手段がなくても圧電素子３の動き
にピストン２が追随することができ、ひいてはアクチュ
エータの応答性の向上及び素子変位の伝達効率の向上を
図ることができる。In addition, the return spring 14, which was conventionally provided on the output piston 16, is provided on the input piston 2 to directly bias the input piston 2, so that when the piezoelectric element 3 is energized and the input piston 2 is moved, , the piston 2 can follow the movement of the piezoelectric element 3 even without a connecting means such as adhesive between the piston 2 and the piezoelectric element 3, which in turn improves the responsiveness of the actuator and the transmission efficiency of element displacement. You can improve your performance.
（発明の効果）
上述のごとく、本発明にあっては、圧電素子の変位を液
体を用いて拡大する機構を備えた圧電アクチュエータに
おいて、圧電素子を筒状に形成し、該筒の内部に変位拡
大用の液体を収容するための液体室の一部を形成したの
で、圧電素子の外部にのみ液体室を設ける場合に比べ圧
電アクチュエータの寸法を小さくできる。従って、゛本
発明により、圧電素子の変位を液体を用いて拡大する機
構を備えた圧電アクチュエータであって、寸法のコンパ
クト化を図ることができる圧電アクチュエータが提供さ
れる。(Effects of the Invention) As described above, in the present invention, in a piezoelectric actuator equipped with a mechanism for expanding the displacement of a piezoelectric element using a liquid, the piezoelectric element is formed in a cylindrical shape, and the displacement is formed inside the cylinder. Since a part of the liquid chamber for accommodating the liquid for expansion is formed, the size of the piezoelectric actuator can be made smaller than in the case where the liquid chamber is provided only outside the piezoelectric element. Therefore, the present invention provides a piezoelectric actuator that is equipped with a mechanism for expanding the displacement of a piezoelectric element using a liquid, and that can be made compact in size.
第１図は本発明の一実施例に係る圧電アクチュエータ断
面図である。
２・・・入力ビストン、
３・・・圧電素子、
１１・・・ばね収容室、
１２・・・通孔、
１３・・・ピストン収容室、
１４・・・戻しばね、
１６・・・出力ビストン、
１９・・・液体室。FIG. 1 is a sectional view of a piezoelectric actuator according to an embodiment of the present invention. 2... Input piston, 3... Piezoelectric element, 11... Spring accommodation chamber, 12... Through hole, 13... Piston accommodation chamber, 14... Return spring, 16... Output piston , 19...liquid chamber.
Claims (1)
電アクチュエータにおいて、圧電素子が筒状に形成され
、該筒の内部に、変位拡大用の液体を収容するための液
体室の一部が形成されて成ることを特徴とする圧電アク
チュエータ。In a piezoelectric actuator equipped with a mechanism for enlarging the displacement of a piezoelectric element using a liquid, the piezoelectric element is formed in a cylindrical shape, and a part of a liquid chamber for accommodating a liquid for displacing the amplification is provided inside the cylinder. A piezoelectric actuator comprising:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1290878A JPH03153977A (en) | 1989-11-08 | 1989-11-08 | Piezo actuator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1290878A JPH03153977A (en) | 1989-11-08 | 1989-11-08 | Piezo actuator |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03153977A true JPH03153977A (en) | 1991-07-01 |
Family
ID=17761677
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1290878A Pending JPH03153977A (en) | 1989-11-08 | 1989-11-08 | Piezo actuator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03153977A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10946652B2 (en) | 2017-09-29 | 2021-03-16 | Seiko Epson Corporation | Displacement amplifying mechanism and liquid ejecting apparatus using the same |
-
1989
- 1989-11-08 JP JP1290878A patent/JPH03153977A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10946652B2 (en) | 2017-09-29 | 2021-03-16 | Seiko Epson Corporation | Displacement amplifying mechanism and liquid ejecting apparatus using the same |
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