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JPH0681519B2 - Piezoelectric actuator - Google Patents
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JPH0681519B2 - Piezoelectric actuator - Google Patents

Piezoelectric actuator

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Publication number
JPH0681519B2
JPH0681519B2 JP63279494A JP27949488A JPH0681519B2 JP H0681519 B2 JPH0681519 B2 JP H0681519B2 JP 63279494 A JP63279494 A JP 63279494A JP 27949488 A JP27949488 A JP 27949488A JP H0681519 B2 JPH0681519 B2 JP H0681519B2
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JP
Japan
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preload
load
lever type
elastic lever
piezoelectric element
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和樹 飯田
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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、精密位置決め機構等に用いられる圧電アクチ
ュエータで、特に圧電素子に弾性テコ式変位拡大機構を
組合わせた圧電アクチュエータに関するものである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a piezoelectric actuator used for a precision positioning mechanism or the like, and more particularly to a piezoelectric actuator in which a piezoelectric element is combined with an elastic lever type displacement magnifying mechanism.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

上記圧電アクチュエータは第5図に示すようになってい
て、圧電素子1の変位量を弾性テコ式変位拡大機構2で
拡大して負荷3に伝達するようになっている。
The piezoelectric actuator is configured as shown in FIG. 5, and the displacement amount of the piezoelectric element 1 is enlarged by the elastic lever type displacement magnifying mechanism 2 and transmitted to the load 3.

従来の上記圧電アクチュエータにあっては、無負荷時に
は、圧電素子1への電圧印加により第6図に示すように
素子変位δが生じ、これが弾性テコ式変位拡大機構2の
もつ所定拡大率で変位する。ところが、第5図に示すよ
うに出力端に負荷3を置き、これを変位させるようとす
る場合、負荷3の静止摩擦力Fsが働くため、圧電素子1
へ電圧を印加しても出力端の発生力がFsになるまで負荷
3は動かない。すなわち、第7図に示すように電圧−拡
大変位特性に不感帯が生じる。
In the conventional piezoelectric actuator described above, when no load is applied, a voltage is applied to the piezoelectric element 1 to cause an element displacement δ as shown in FIG. 6, which is displaced at a predetermined expansion rate of the elastic lever type displacement expansion mechanism 2. To do. However, when the load 3 is placed at the output end and is displaced as shown in FIG. 5, the static friction force Fs of the load 3 acts, so that the piezoelectric element 1
Even if a voltage is applied to the load 3, the load 3 does not move until the generated force at the output end reaches Fs. That is, as shown in FIG. 7, a dead zone occurs in the voltage-expansion displacement characteristic.

これを解決し、所定の拡大変位を得るためには次の2つ
の手段が考えられる。
The following two means are conceivable in order to solve this and obtain a predetermined enlarged displacement.

その1つは、不感帯分だけ所定の印加電圧にバイアス電
圧をかける。その2つは弾性テコ式変位拡大機構にあら
かじめ負荷の静止摩擦力Fs分だけプリロードをかける。
このための方法としては、例えば、ピッチの小さいボル
トを弾性テコ式変位拡大機構の基端側に当接し、このボ
ルトにてプリロードをかけるようにしたものがある。
One is to apply a bias voltage to a predetermined applied voltage for the dead zone. Two of them pre-load the elastic lever type displacement magnifying mechanism by the amount of static friction force Fs.
As a method for this, for example, there is a method in which a bolt having a small pitch is brought into contact with the proximal end side of the elastic lever type displacement magnifying mechanism and a preload is applied by this bolt.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be Solved by the Invention]

しかしながら上記2つの解決策にあっても、その前者で
は、バイアス電圧がかかる分だけ制御範囲が減少し、ま
た後者では、プリロード量をミクロン単位の微小変位で
調整する場合、ボルトの回転角度が非常に小さくなり、
調整が困難である。
However, even in the above two solutions, in the former case, the control range is reduced by the amount of the bias voltage applied, and in the latter case, when the preload amount is adjusted by micro displacement in micron units, the rotation angle of the bolt is extremely small. Becomes smaller,
Adjustment is difficult.

本発明は上記のことにかんがみなされたもので、弾性テ
コ式変位拡大機構に加えるプリロード量を微調整できる
ようにして電圧−拡大変位特性の不感帯をなくすことが
できるようにした圧電アクチュエータを提供しようとす
るものである。
The present invention has been made in view of the above, and provides a piezoelectric actuator capable of eliminating the dead zone of the voltage-expansion displacement characteristic by finely adjusting the preload amount applied to the elastic lever type displacement amplification mechanism. It is what

〔課題を解決するための手段〕[Means for Solving the Problems]

上記目的を達成するために、本発明の圧電アクチュエー
タは、圧電素子と弾性テコ式変位拡大機構を組合わせ、
上記弾性テコ式変位拡大機構の基端側に、外力により撓
み変形して外側寸法が増大するようにしたプリロード調
整機構を介装した構成となっている。
In order to achieve the above object, the piezoelectric actuator of the present invention is a combination of a piezoelectric element and an elastic lever type displacement magnifying mechanism,
The elastic lever type displacement magnifying mechanism is provided with a preload adjusting mechanism on the base end side thereof, which is flexibly deformed by an external force to increase the outer dimension.

〔作用〕[Action]

弾性テコ式変位拡大機構に組込む圧電素子をプリロード
調整機構に当接して仮止めした状態で弾性テコ式変位拡
大機構の変形負荷部の先端を負荷に当接し、ついでプリ
ロード調整機構に外力を加えて撓み変形させてこれの外
側寸法を増大し、これにより圧電素子を押して弾性テコ
式変位拡大機構の出力端を負荷側に押しあててプリロー
ドを加え、この状態で圧電素子に電圧を印加して負荷を
駆動する。
With the piezoelectric element incorporated in the elastic lever type displacement magnifying mechanism in contact with the preload adjusting mechanism and temporarily fixed, the tip of the deformation load section of the elastic lever type displacement magnifying mechanism is brought into contact with the load, and then an external force is applied to the preload adjusting mechanism. It is flexibly deformed to increase its outer dimension, which pushes the piezoelectric element to press the output end of the elastic lever type displacement magnifying mechanism to the load side to apply preload, and in this state, apply voltage to the piezoelectric element to load it. To drive.

〔実施例〕〔Example〕

本発明の実施例を第1図から第4図に基づいて説明す
る。なお、第5図に示す従来例と同一部材は同一符号を
付して説明を省略する。
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The same members as those of the conventional example shown in FIG.

圧電素子1の両端はプレート5及び30と接着され、その
一方のプレート5はブラケット4とビス31により固着さ
れてブラケット4、プレート5、圧電素子1及びプレー
ト30は一体構造となっており、これは、プレート30の先
端がピン8を介して変形負荷部9に接する状態でビス7
にて弾性テコ式変位拡大機構2内に組込まれている。そ
してこの弾性式テコ変位拡大機構2は架台10に対してボ
ルト11にて固着されるようになっている。
Both ends of the piezoelectric element 1 are adhered to the plates 5 and 30, and one plate 5 thereof is fixed to the bracket 4 and the screw 31 so that the bracket 4, the plate 5, the piezoelectric element 1 and the plate 30 have an integrated structure. Is the screw 7 with the tip of the plate 30 in contact with the deformation load portion 9 via the pin 8.
Is incorporated in the elastic lever type displacement magnifying mechanism 2. The elastic lever displacement magnifying mechanism 2 is fixed to the frame 10 with bolts 11.

12は上記圧電素子1を組込んだ弾性テコ式変位拡大機構
2の基端に設けたプリロード調整機構であり、このプリ
ロード調整機構12は第2図に示すようになっていて、略
菱形に形成された枠体13と、この枠体13の一方の対向す
る両辺部材14a,14bの一方の辺部材14aに調整ボルト14が
貫通され、他方の辺部材14bにこの調整ボルト14が螺合
しており、この調整ボルト14を締め込むことにより両辺
部材14a,14bが対向方向において近づく方向に撓み、こ
れにより他方の対向する両辺15a,15bの外側間寸法Lが
大きくなるように枠体13が変形するようになっている。
そしてこのプリロード調整機構12はこれの被変形側の辺
部材15a,15bの片側がブラケット16にビス17にて取付け
られており、このブラケット16は被変形側の辺部材の反
対側がブラケット4と接する状態で架台10にボルト18に
て固定されている。
Reference numeral 12 is a preload adjusting mechanism provided at the base end of an elastic lever type displacement magnifying mechanism 2 incorporating the piezoelectric element 1. The preload adjusting mechanism 12 is as shown in FIG. The adjusting bolt 14 is penetrated through the frame body 13 and the one side member 14a of both side members 14a, 14b facing each other of the frame body 13, and the adjusting bolt 14 is screwed into the other side member 14b. When the adjusting bolt 14 is tightened, both side members 14a, 14b are bent toward each other in the facing direction, whereby the frame body 13 is deformed so that the outer dimension L of the other facing sides 15a, 15b is increased. It is supposed to do.
In this preload adjusting mechanism 12, one side of the deformed side members 15a, 15b is attached to the bracket 16 by a screw 17, and the bracket 16 is in contact with the bracket 4 on the opposite side of the deformed side member. In this state, it is fixed to the pedestal 10 with bolts 18.

上記構成における作用を負荷3を駆動する場合について
説明する。
The operation in the above configuration will be described for the case of driving the load 3.

まずプリロード調整機構12をボルト18にて架台10に固定
する。次に圧電素子1を弾性テコ式変位拡大機構2に組
込みボルト7で仮止めし、この状態でブラケット4がプ
リロード調整機構12と接するように押しあて、ボルト11
で架台10に固定する。。ここで架台10ごと移動して、弾
性テコ式変位拡大機構2の変形負荷部9の出力端を負荷
3に接触させてこの架台10を位置決め装置等の本体(図
示せず)にボルト19にて固定する。
First, the preload adjusting mechanism 12 is fixed to the mount 10 with the bolt 18. Next, the piezoelectric element 1 is assembled in the elastic lever type displacement magnifying mechanism 2 and temporarily fixed by the bolt 7, and in this state, the bracket 4 is pressed so as to come into contact with the preload adjusting mechanism 12, and the bolt 11
And fix it to the stand 10. . Here, the gantry 10 is moved together so that the output end of the deformation load unit 9 of the elastic lever type displacement magnifying mechanism 2 is brought into contact with the load 3 and the gantry 10 is attached to the body (not shown) of the positioning device or the like by the bolt 19. Fix it.

この状態でプリロード調整機構12の調整ボルト14を締め
込んでいくことにより、これの枠体13が変形し、これに
よりブラケット4、圧電素子1、ピン8を介して変形負
荷部9が押され、出力端を変位させて負荷3を押そうと
する。ところが前述の通り、負荷3には静止摩擦が働く
ため、負荷3を押すことができず、第1図で2点鎖線で
示すように逆側へたわむ、このたわみ量がすなわちプリ
ロード量である。したがって第8図に示すように、あら
かじめプリロード量と上記変形負荷部9の変位量を校正
しておき、調整時に変位センサ20にてこの変位量を検出
することによりプリロード量を確認することができる。
By tightening the adjusting bolt 14 of the preload adjusting mechanism 12 in this state, the frame body 13 of the preload adjusting mechanism 12 is deformed, whereby the deformation load portion 9 is pushed through the bracket 4, the piezoelectric element 1, and the pin 8. It tries to push the load 3 by displacing the output end. However, as described above, since static load acts on the load 3, the load 3 cannot be pushed, and it bends to the opposite side as shown by the chain double-dashed line in FIG. 1. This amount of deflection is the preload amount. Therefore, as shown in FIG. 8, the preload amount and the displacement amount of the deformation load portion 9 are calibrated in advance, and the preload amount can be confirmed by detecting the displacement amount by the displacement sensor 20 during the adjustment. .

プリロードが調整されたところで、ボルト7を締め、圧
電素子1の付いたブラケット4を変位拡大機構2に固定
する。
When the preload is adjusted, the bolt 7 is tightened to fix the bracket 4 with the piezoelectric element 1 to the displacement magnifying mechanism 2.

上記操作により圧電アクチュエータの負荷3に対するセ
ットが終了し、この状態で圧電素子1に所定の電圧を印
加して圧電アクチュエータとしての作動を行なう。
By the above operation, the setting of the piezoelectric actuator to the load 3 is completed, and in this state, a predetermined voltage is applied to the piezoelectric element 1 to operate as a piezoelectric actuator.

第3図は本発明に係る圧電アクチュエータを液圧調整弁
21に適用した場合の実施例を示すもので、弾性テコ式変
位拡大機構2の変形負荷部9の出力端が液圧調整弁21の
作動ピン22に当接されており、この作動ピン22を変形負
荷部9の出力端にて押し込むことにより、戻しばね23に
抗してポペット弁24が開動するようになっている。25は
磁気抵抗式変位センサである。
FIG. 3 shows the piezoelectric actuator according to the present invention as a hydraulic pressure adjusting valve.
In this embodiment, the output end of the deformation load section 9 of the elastic lever type displacement magnifying mechanism 2 is in contact with the operating pin 22 of the hydraulic pressure adjusting valve 21. By pushing the deformation load portion 9 at the output end, the poppet valve 24 is opened against the return spring 23. Reference numeral 25 is a magnetoresistive displacement sensor.

このとき第9図に示すように、戻しばね23初期の設定力
(kgf)(プリロード)が先の例における静止摩擦力Fs
に相当するため、これにより不感帯の量が決まり、同一
電圧の印加による変位量も第4図に示すように異なって
くる。
At this time, as shown in FIG. 9, the initial setting force (kgf) (preload) of the return spring 23 is the static friction force Fs in the previous example.
Therefore, the amount of the dead zone is determined by this, and the displacement amount due to the application of the same voltage is also different as shown in FIG.

上記初期設定力(kgf)は第9図に示す関係において、
(ばね自然長−ばねセット長)×ばね定数、により求ま
る値である。
The initial setting force (kgf) is based on the relationship shown in FIG.
(Spring natural length-spring set length) x spring constant.

なお上記プリロード量は、戻しばね23を受けるカバー26
にシム27を挿入してばねセット長を変えることでも調整
できるが、プリロード調整機構12を用いることにより容
易に、かつ正確にプリロード量を設定することができ
る。
Note that the above-mentioned preload amount is the cover 26 that receives the return spring 23.
Adjustment can be performed by inserting a shim 27 into the spring and changing the spring set length, but by using the preload adjusting mechanism 12, the preload amount can be set easily and accurately.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明によれば、弾性テコ式変位拡大機構2に加えるプ
リロード量を極めて微細に調整することができ、電圧−
拡大変位特性の不感帯をなくすことができる。
According to the present invention, the amount of preload applied to the elastic lever type displacement magnifying mechanism 2 can be adjusted extremely finely, and the voltage-
The dead zone of the enlarged displacement characteristic can be eliminated.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図から第4図は本発明の実施例を示すもので、第1
図は正面図、第2図はプリロード調整機構を示す正面
図、第3図は液圧調整弁に適用した場合の実施例図、第
4図は異なるプリロード量における圧電素子への印加電
圧に対する出力変位を示す線図であり、第5図は従来の
圧電アクチュエータを示す正面図、第6図、第7図は圧
電素子への印加電圧に対する変位量を示す線図、第8図
は変位拡大機構出力端のたわみ量とプリロードの関係を
示す線図、第9図は液圧制御弁の戻しばねの初期設定力
の説明図である。 1は圧電素子、2は弾性テコ式変位拡大機構、10はボデ
ィ、12はプリロード調整機構。
1 to 4 show an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a front view, FIG. 2 is a front view showing a preload adjusting mechanism, FIG. 3 is an embodiment diagram when applied to a hydraulic pressure adjusting valve, and FIG. 4 is an output with respect to an applied voltage to a piezoelectric element at different preload amounts. FIG. 5 is a diagram showing a displacement, FIG. 5 is a front view showing a conventional piezoelectric actuator, FIGS. 6 and 7 are diagrams showing a displacement amount with respect to a voltage applied to a piezoelectric element, and FIG. 8 is a displacement magnifying mechanism. FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the amount of deflection at the output end and the preload, and FIG. 9 is an explanatory diagram of the initial setting force of the return spring of the hydraulic control valve. Reference numeral 1 is a piezoelectric element, 2 is an elastic lever type displacement magnifying mechanism, 10 is a body, and 12 is a preload adjusting mechanism.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】圧電素子1と弾性テコ式変位拡大機構2を
組合わせ、上記弾性テコ式変位拡大機構2の基端側に、
外力により撓み変形して外側寸法が増大するようにした
プリロード調整機構12を介装したことを特徴とする圧電
アクチュエータ。
1. A piezoelectric element 1 and an elastic lever type displacement magnifying mechanism 2 are combined, and a base end side of the elastic lever type displacement magnifying mechanism 2 is provided.
A piezoelectric actuator comprising a preload adjusting mechanism (12) which is flexibly deformed by an external force and whose outer dimension is increased.
JP63279494A 1988-11-07 1988-11-07 Piezoelectric actuator Expired - Lifetime JPH0681519B2 (en)

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