JPS63169778A - Displacement enlarging structure for piezoelectric actuator - Google Patents
Displacement enlarging structure for piezoelectric actuatorInfo
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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の変位量を所望の変位量
に拡大する変位拡大構造に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a displacement amplifying structure for enlarging the amount of displacement of a piezoelectric actuator to a desired amount of displacement.
（従来の技術）
近時、マイクロコンピュータ等の発達により装置の自動
制御技術にめざましい進歩が見られる。(Prior Art) In recent years, with the development of microcomputers and the like, remarkable progress has been made in automatic control technology for devices.
これに伴って、アクチュエータに対して高い応答性およ
び信頬性が求められており、これらの観点から圧電アク
チュエータが注目されている。このような圧電アクチュ
エータは、例えば、車両における減衰力可変型液圧緩衝
器の減衰力切換バルブを駆動するアクチュエータとして
用いられている。Accordingly, actuators are required to have high responsiveness and reliability, and piezoelectric actuators are attracting attention from these viewpoints. Such a piezoelectric actuator is used, for example, as an actuator for driving a damping force switching valve of a variable damping force type hydraulic shock absorber in a vehicle.
ところが、圧電アクチュエータは変位量が小さくあまり
実用的ではないため、変位量拡大構造を用いて対応を図
っている。However, since the piezoelectric actuator has a small displacement and is not very practical, a displacement magnifying structure is used to cope with this problem.
従来のこの種の圧電アクチュエータの変位拡大構造とし
ては、例えば、「圧電／電歪アクチュエータ」森北出版
■、１９８６年７月１日発行、８５項に記載のものがあ
り、第４図のように示される。同図において、１はハウ
ジングであり、ハウジング１内には入力側シリンダ２お
よび出力側シリンダ３が形成されている。入力側シリン
ダ２内には積層型の圧電アクチュエータ４が設けられて
おり、圧電アクチュエータ４の先端部にはオイルシール
５を介して入力側ピストン６が摺動自在に設けられてい
る。一方、出力側シリンダ３内にはオイルシール７を介
して出力側ピストン８が摺動自在に設けられ、入力側シ
リンダ２、入力側ピストン６、出力側シリンダ３および
出力側ピストン８によって形成された作動室９内には変
位量を拡大する充填部材として作動油が封入されている
。そして、圧電アクチュエータ４に電圧が印加されると
、微少（例えば、数μｍ〜２０μｍ）の変位が生じ、こ
の変位により入力側ピストン６は変位と同量だけ入力側
シリンダ２内を出力側シリンダ３側に摺動する。このと
き、入力側ピストン６の変位は作動油を介して出力側ピ
ストン８の変位に変換される。As a conventional displacement magnification structure of this type of piezoelectric actuator, for example, there is one described in "Piezoelectric/Electrostrictive Actuator" Morikita Publishing ■, published July 1, 1986, item 85, as shown in Figure 4. shown. In the figure, 1 is a housing, and inside the housing 1, an input side cylinder 2 and an output side cylinder 3 are formed. A laminated piezoelectric actuator 4 is provided within the input cylinder 2, and an input piston 6 is slidably provided at the tip of the piezoelectric actuator 4 via an oil seal 5. On the other hand, an output side piston 8 is slidably provided in the output side cylinder 3 via an oil seal 7, and is formed by the input side cylinder 2, the input side piston 6, the output side cylinder 3, and the output side piston 8. Hydraulic oil is sealed in the working chamber 9 as a filling member that increases the amount of displacement. When a voltage is applied to the piezoelectric actuator 4, a minute displacement (for example, several μm to 20 μm) occurs, and this displacement causes the input side piston 6 to move inside the input side cylinder 2 by the same amount as the displacement to the output side cylinder 3. slide to the side. At this time, the displacement of the input piston 6 is converted into the displacement of the output piston 8 via the hydraulic oil.
ここで、圧電アクチュエータ４の変位量をΔ１１、入力
側シリンダ２の直径ｄ、％出力側シリンダ３の直径をｄ
２とすると出力側ピストン８の変位量Δｌｔは次式によ
って求められる。Here, the displacement amount of the piezoelectric actuator 4 is Δ11, the diameter of the input cylinder 2 is d, and the diameter of the output cylinder 3 is d.
2, the displacement amount Δlt of the output side piston 8 is obtained by the following equation.
ｄ。d.
すなわち、出力側ピストン８の変位量は入力側シリンダ
２と出力側シリンダ３の断面積比から、圧る。That is, the amount of displacement of the output piston 8 is determined by the cross-sectional area ratio of the input cylinder 2 and the output cylinder 3.
（発明が解決しようとする問題点）
しかしながら、このような従来の圧電アクチュエータの
変位拡大構造にあっては、作動室９内に充填部材として
作動油を封入する構成となっていたため、作動油を密閉
するためのシール構造が必要になるとともに、作動油が
蒸発によって減少するので作動油の供給が必要となる。(Problems to be Solved by the Invention) However, in the conventional piezoelectric actuator displacement magnification structure, hydraulic oil is sealed in the working chamber 9 as a filling member. A seal structure is required for airtight sealing, and a supply of hydraulic oil is required as the hydraulic oil decreases due to evaporation.
したがって、構造が複雑になるとともに性能の維持が難
しくなる。その結果、コストの高騰を招くとともに、耐
久性および信頼性を低下させるという問題点があった。Therefore, the structure becomes complicated and it becomes difficult to maintain performance. As a result, there are problems in that the cost increases and the durability and reliability decrease.
（発明の目的）
そこで本発明は、圧電アクチュエータの作動室内に圧電
アクチュエータの変位を拡大する充填材料として固体弾
性部材を装着することにより、シール構造を廃止して構
造の簡素化を図り、コストの低減および耐久性、信頼性
の向上を図ることを目的としている。(Objective of the Invention) Therefore, the present invention aims to simplify the structure by eliminating the sealing structure by installing a solid elastic member in the working chamber of the piezoelectric actuator as a filling material that expands the displacement of the piezoelectric actuator, thereby reducing costs. The aim is to reduce the amount of energy used and improve durability and reliability.
（問題点を解決するための手段）
本発明による圧電アクチュエータの変位拡大構造は上記
目的達成のため、圧電アクチュエータの変位を伝達する
入力側ピストンと、入力側ピストンを摺動自在に支持す
る入力側シリンダと、入力側シリンダより小さい断面積
を有し、入力側シリンダと連続して形成された出力側シ
リンダと、出力側シリンダ内に摺動自在に設けられた出
力側ピストンと、入力側シリンダと出力側シリンダを連
結する連結テーパ部と、入力側ピストン、入力側シリン
ダ、出力側ピストン、出力側シリンダおよびテーバ部に
より形成された作動室と、を備え、圧電アクチュエータ
の変位を作動室内の充填部材により拡大する圧電アクチ
ュエータの変位拡大構造において、前記作動室内に充填
部材として固体弾性部材を装着している。(Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, the piezoelectric actuator displacement magnifying structure according to the present invention includes an input side piston that transmits the displacement of the piezoelectric actuator, and an input side that slidably supports the input side piston. A cylinder, an output cylinder having a smaller cross-sectional area than the input cylinder and formed continuously with the input cylinder, an output piston slidably provided in the output cylinder, and an input cylinder. It is equipped with a connecting taper part that connects the output side cylinders, and a working chamber formed by the input side piston, the input side cylinder, the output side piston, the output side cylinder, and the taper part, and the displacement of the piezoelectric actuator is controlled by the filling member in the working chamber. In the displacement amplifying structure of the piezoelectric actuator that expands by the above-mentioned method, a solid elastic member is installed as a filling member in the working chamber.
（作用）
本発明では作動室内に圧電アクチュエータの変位を拡大
する固体弾性部材が充填部材として装着され、この固体
弾性部材の弾性および非圧縮性により、入力側シリンダ
と出力側シリンダの断面積比だけ拡大された変位が得ら
れる。したがって、シール構造が廃止されて、構造の簡
素化が図られ、コストの低減および耐久性、信頼性の向
上が図られる。(Function) In the present invention, a solid elastic member that expands the displacement of the piezoelectric actuator is installed as a filling member in the working chamber, and due to the elasticity and incompressibility of this solid elastic member, the cross-sectional area ratio of the input side cylinder and the output side cylinder is An enlarged displacement is obtained. Therefore, the seal structure is eliminated, the structure is simplified, and costs are reduced and durability and reliability are improved.
（実施例） 以下、本発明を図面に基づいて説明する。(Example) Hereinafter, the present invention will be explained based on the drawings.
第１〜３図は本発明の一実施例を示す図である。1 to 3 are diagrams showing one embodiment of the present invention.
まず、構成を説明する。第１〜３図において、１１はハ
ウジングであり、ハウジングＩｌ内には円柱状に形成さ
れた積層型の圧電アクチュエータ１２が装着されており
、圧電アクチュエータ１２の一端側はバックアッププレ
ート１３を介しカシメ部１１ａによってカシメ固定され
る。圧電アクチュエータ１２は電源を接続するためのハ
ーネス１２ａを有しており、ハーネス１２ａはハウジン
グ１１と干渉しないよう切欠きｌｌｂより引き出される
。圧電アクチュエータ１２の他端例のハウジング１１内
部には入力側シリンダ１４が形成されており、入力側シ
リンダ１４内には入力側ピストン１５が摺動自在に設け
られている。入力側ピストン１５は圧電アクチュエータ
１２の端面に当接しており、圧電アクチュエータ１２の
変位を伝達する。入力側シリンダ１４には連結部１６を
介して出力側シリンダ１７が連続して形成されており、
出力側シリンダ１７は入力側シリンダ１４より小さな直
径で形成されている。出力側シリンダ１７内には出力側
ピストン１８が摺動自在に設けられており、出力側ピス
トン１８の先端部には第１図（ｂ）に詳示するように凹
球面１８ａが形成されている。First, the configuration will be explained. In FIGS. 1 to 3, 11 is a housing, and a cylindrical laminated piezoelectric actuator 12 is installed in the housing Il. One end of the piezoelectric actuator 12 is connected to a caulking portion via a backup plate 13. It is caulked and fixed by 11a. The piezoelectric actuator 12 has a harness 12a for connecting a power source, and the harness 12a is pulled out from the notch llb so as not to interfere with the housing 11. An input cylinder 14 is formed inside the housing 11 at the other end of the piezoelectric actuator 12, and an input piston 15 is slidably provided within the input cylinder 14. The input piston 15 is in contact with the end surface of the piezoelectric actuator 12 and transmits the displacement of the piezoelectric actuator 12. An output cylinder 17 is formed continuously on the input cylinder 14 via a connecting part 16.
The output cylinder 17 is formed with a smaller diameter than the input cylinder 14. An output piston 18 is slidably provided in the output cylinder 17, and a concave spherical surface 18a is formed at the tip of the output piston 18, as shown in detail in FIG. 1(b). .
連結部１６は略円錐状に形成されており、入力側シリン
ダ１４と出力側シリンダ１７を連続的で滑らかな曲面で
連結している。入力側シリンダ１４、入力側ピストン１
５、連結部１６、出力側シリンダ１７および出力側ピス
トン１８は作動室１９を形成しており、作動室１９内に
は充填部材として固体弾性部材２０が装着されており、
固体弾性部材２０はゴム等の高い弾性および非圧縮性を
有した材料によって作動室１９と略同−形状、略同一体
積に形成されている。したがって、圧電アクチュエータ
１２の変位は入力側ピストン１５から固体弾性部材２０
に伝達され、その変位は固体弾性部材２０の弾性変形に
よって出力側ピストン１８に伝達される。The connecting portion 16 is formed into a substantially conical shape, and connects the input cylinder 14 and the output cylinder 17 with a continuous and smooth curved surface. Input side cylinder 14, input side piston 1
5. The connecting portion 16, the output cylinder 17, and the output piston 18 form a working chamber 19, and a solid elastic member 20 is installed as a filling member in the working chamber 19.
The solid elastic member 20 is made of a material having high elasticity and incompressibility, such as rubber, and is formed to have substantially the same shape and volume as the working chamber 19. Therefore, the displacement of the piezoelectric actuator 12 is from the input piston 15 to the solid elastic member 20.
The displacement is transmitted to the output piston 18 by elastic deformation of the solid elastic member 20.
出力側ピストン１８はフランジ部１８ｂを有しており、
フランジ部１８ｂには板状のスプリング２１が当接して
いる。スプリング２１はキャップ２２によって支持され
ており、出力側ピストン１８を作動室１９側に押圧する
。キャップ２２はハウジング１１に嵌合し固定されてお
り、スプリング２１を支持するとともに出力側ピストン
１８の軸方向の動きを規制する。The output side piston 18 has a flange portion 18b,
A plate-shaped spring 21 is in contact with the flange portion 18b. The spring 21 is supported by the cap 22 and presses the output piston 18 toward the working chamber 19. The cap 22 is fitted and fixed to the housing 11, supports the spring 21, and restricts the movement of the output piston 18 in the axial direction.
２３は０リングであり、ハウジング１１と図外の取付機
体との間隙をシールをする。23 is an O-ring, which seals the gap between the housing 11 and a mounting body (not shown).
このような圧電アクチュエータは例えば液圧緩衝器にお
いては減衰力を変化させるアクチュエータとして用いら
れる。Such a piezoelectric actuator is used, for example, in a hydraulic shock absorber as an actuator for changing damping force.
次に、上記圧電アクチュエータの作用について説明する
。Next, the operation of the piezoelectric actuator will be explained.
圧電アクチュエータ１２にハーネス１２ａより駆動電圧
が印加されると、圧電アクチュエータ１２内の電解誘起
歪みにより軸方向に変位が生じ全長が増加する。第３図
に示すように、この変位は入力側ピストン１５を作動室
１９側に移動させ、固体弾性部材２０を変形させて出力
側シリンダ１７内に移動させ、出力側ピストン１８をス
プリング２１の押圧力に反して軸方向に変位させる。When a driving voltage is applied to the piezoelectric actuator 12 from the harness 12a, displacement occurs in the axial direction due to electrolytically induced strain within the piezoelectric actuator 12, and the total length increases. As shown in FIG. 3, this displacement moves the input piston 15 toward the working chamber 19, deforms the solid elastic member 20 and moves it into the output cylinder 17, and causes the output piston 18 to move under the pressure of the spring 21. Displace axially against pressure.
このとき、入力側ピストン１５と出力側ピストン１８の
変位量の関係は、入力側ピストン１５の変位量を八！８
、出力側ピストン１８の変位量をΔ１２、入力側シリン
ダ１４の直径をｄＩ、出力側シリンダ１７の直径をｄ２
とすると次式のようになる。At this time, the relationship between the displacement amount of the input side piston 15 and the output side piston 18 is such that the displacement amount of the input side piston 15 is 8! 8
, the displacement amount of the output side piston 18 is Δ12, the diameter of the input side cylinder 14 is dI, and the diameter of the output side cylinder 17 is d2
Then, it becomes as follows.
例えば、ｄＩ ＝１２ｍ、ｄｚ ＝ １．２ｍのときΔ
１１＝５μｍ＝０．００５寵とすると、
となる。For example, when dI = 12m and dz = 1.2m, Δ
If 11=5μm=0.005mm, then it becomes.
すなわち、固体弾性部材２０は入力側ピストン１５の押
圧によって変形するが、非圧縮性のため体積変化はない
。そのため、入力側ピストン１５の変位量は入力側シリ
ンダ１４と出力側シリンダ１７の断面積比だけ拡大され
、出力側ピストン１８の変位量として出力される。した
がって、従来のもののようなシール構造が不用となり、
構造の簡素化が図ることができ、その結果、コストの低
減および耐久性、信頬性の向上を図ることができる。That is, although the solid elastic member 20 is deformed by the pressure of the input piston 15, there is no change in volume because it is incompressible. Therefore, the displacement amount of the input side piston 15 is expanded by the cross-sectional area ratio of the input side cylinder 14 and the output side cylinder 17, and is output as the displacement amount of the output side piston 18. Therefore, the conventional seal structure is no longer necessary,
The structure can be simplified, and as a result, costs can be reduced and durability and reliability can be improved.
一方、充填部材として固体弾性部材２０を用いているた
め、固体弾性部材２０の変形の際の抵抗および作動室１
９と固体弾性部材２０のすべり抵抗による出力損失およ
び発熱が考えられるが、作動室１９を形成している入力
側シリンダ１４、テーバ部１６および出力側シリンダ１
７を連続的で滑らかな曲面で形成するとともに、出力側
ピストン１８の端面に凹球面１８ａを形成しているので
、固体弾性部材２０を円滑に変形させることができ、出
力損失および発熱を低減させることができる。On the other hand, since the solid elastic member 20 is used as a filling member, the resistance when deforming the solid elastic member 20 and the working chamber 1
9 and the solid elastic member 20 due to the sliding resistance, the input side cylinder 14, the tapered portion 16, and the output side cylinder 1 forming the working chamber 19.
7 is formed with a continuous and smooth curved surface, and a concave spherical surface 18a is formed on the end surface of the output side piston 18, so that the solid elastic member 20 can be smoothly deformed, reducing output loss and heat generation. be able to.
なお、本発明に係る圧電アクチュエータは例えば減衰力
可変型液圧緩衝器の適用されるものであるが、これに限
られるものではなく、このような圧電アクチュエータを
用いて好適なものには、すべての制御装置に適用可能で
ある。Note that the piezoelectric actuator according to the present invention is applied to, for example, a variable damping force type hydraulic shock absorber, but is not limited to this, and any suitable use of such a piezoelectric actuator includes the following: Applicable to control devices.
（効果）
本発明によれば、圧電アクチュエータの作動室内に充填
部材として固体弾性部材を装着しているので、シール構
造を廃止して構造の簡素化を図ることができ、コストの
低減および耐久性、信軌性の向上を図ることができる。(Effects) According to the present invention, since a solid elastic member is installed as a filling member in the working chamber of the piezoelectric actuator, the seal structure can be eliminated and the structure can be simplified, reducing costs and improving durability. , reliability can be improved.
第１〜３図は本発明に係る圧電アクチュエータの変位拡
大構造の一実施例を示す図であり、第１図（ａ）はその
正面断面図、第１図（ｂ）はその出力側ピストンの拡大
断面図、第２図はその側面図、第３図はその作用を説明
するための要部断面図、第４図は従来の圧電アクチュエ
ータの変位拡大構造を示す正面断面図である。
１２・・・・・・圧電アクチュエータ、１４・・・・・
・入力側シリンダ、
１５・・・・・・入力側ピストン、
１６・・・・・・連結部、
１７・・・・・・出力側シリンダ、
１８・・・・・・出力側ピストン、
１９・・・・・・作動室、
２０・・・・・・固体弾性部材。1 to 3 are diagrams showing an embodiment of the displacement magnifying structure of a piezoelectric actuator according to the present invention, FIG. 1(a) is a front sectional view thereof, and FIG. 2 is a side view thereof, FIG. 3 is a sectional view of a main part for explaining its operation, and FIG. 4 is a front sectional view showing a displacement magnification structure of a conventional piezoelectric actuator. 12...Piezoelectric actuator, 14...
・Input side cylinder, 15...Input side piston, 16...Connection part, 17...Output side cylinder, 18...Output side piston, 19. ... Working chamber, 20 ... Solid elastic member.
Claims (1)
、入力側ピストンを摺動自在に支持する入力側シリンダ
と、入力側シリンダより小さい断面積を有し、入力側シ
リンダと連続して形成された出力側シリンダと、出力側
シリンダ内に摺動自在に設けられた出力側ピストンと、
入力側シリンダと出力側シリンダを連結する連結部と、
入力側ピストン、入力側シリンダ、出力側ピストン、出
力側シリンダおよび連結部により形成された作動室と、
を備え、圧電アクチュエータの変位を作動室内の充填部
材により拡大する圧電アクチュエータの変位拡大構造に
おいて、前記作動室内に充填部材として固体弾性部材を
装着したことを特徴とする圧電アクチュエータの変位拡
大構造。An input side piston that transmits the displacement of the piezoelectric actuator, an input side cylinder that slidably supports the input side piston, and an output side that has a smaller cross-sectional area than the input side cylinder and is continuous with the input side cylinder. a cylinder, an output side piston slidably provided in the output side cylinder,
a connecting portion connecting the input side cylinder and the output side cylinder;
A working chamber formed by an input side piston, an input side cylinder, an output side piston, an output side cylinder, and a connecting part;
A displacement enlarging structure for a piezoelectric actuator, comprising: a piezoelectric actuator displacement enlarging structure for enlarging the displacement of the piezoelectric actuator by a filling member in an actuating chamber, characterized in that a solid elastic member is mounted as a filling member in the actuating chamber.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62002493A JPH0799784B2 (en) | 1987-01-07 | 1987-01-07 | Piezoelectric actuator displacement magnifying structure |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP62002493A JPH0799784B2 (en) | 1987-01-07 | 1987-01-07 | Piezoelectric actuator displacement magnifying structure |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63169778A true JPS63169778A (en) | 1988-07-13 |
| JPH0799784B2 JPH0799784B2 (en) | 1995-10-25 |
Family
ID=11530886
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62002493A Expired - Lifetime JPH0799784B2 (en) | 1987-01-07 | 1987-01-07 | Piezoelectric actuator displacement magnifying structure |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0799784B2 (en) |
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| US10946652B2 (en) | 2017-09-29 | 2021-03-16 | Seiko Epson Corporation | Displacement amplifying mechanism and liquid ejecting apparatus using the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0799784B2 (en) | 1995-10-25 |
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