特長

• エポキシ樹脂のコーティングにより粗雑な取扱いや、機械的・化学的な汚染から保護
• 閉ループ動作用に設計
• 最大変位量:9.0 µm～100.0 µm
• 最大駆動電圧:75 V、100 V、150 V
• 歪ゲージリーダKSG101に対応するプリアンプ回路

ピエゾアクチュエータは、それぞれ4つの抵抗歪ゲージで構成されたホイートストーンブリッジ回路がピエゾアクチュエータに直接接着されています。 これらのアクチュエータは閉ループシステム用に設計されており、モニタされた歪ゲージの信号はピエゾを制御する駆動電圧を決定するのに用いられます。開ループ動作と異なり、閉ループ動作ではその変位量は制御され、動作中の変位情報も取得できます。閉ループ動作は、ヒステリシスの補償にも使用されます。

4つの箔歪ゲージは、アクチュエータを密封する耐久性のあるエポキシ樹脂コーティングに取り付けられ、リード線は歪ゲージ回路の端子にはんだ付けされています。2つのゲージは隣り合わせでアクチュエータの1面に、他の2つのゲージはその反対側の面に接着されています。ゲージの各ペアでは、1つがアクティブ、1つがパッシブです。アクティブゲージは、アクチュエータの長さの変化に対する応答が最大となる方向に取付けられます。パッシブゲージはアクチュエータの長さの変化に対する応答が最小となる方向に取り付けられます。これは主に温度の変化に応答し、歪測定における温度の影響を低減します。

どちらもアクチュエータのプラスとマイナスの電極にリード線がはんだ付けされています。共焼成積層型ピエゾアクチュエータは、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)の層と電極を交互に配置したあと、1つのモノリシック構造に焼結して作られます。多段チップ型ピエゾアクチュエータは、個々に焼結された複数のチップ型ピエゾアクチュエータをエポキシ樹脂とガラス製ビーズで接着して組み立てます。また2つのアクチュエータは導電体と絶縁方法が異なります。詳細については「動作」タブをご覧ください。

当社ではこちらのピエゾアクチュエータには歪ゲージリーダKSG101とプリアンプ回路AMP002(下記参照)のご使用をお勧めしております。

使用方法

PZS001に負荷を取り付ける際には、室温硬化のエポキシ樹脂接着剤の使用をお勧めいたします。PK4FYC2に負荷を取り付ける場合は、Loctite^® Hysol^®9340など、80 °C以下の温度で硬化するエポキシ樹脂接着剤のご使用をお勧めいたします。ピエゾアクチュエータに機械的な負荷を取り付ける場合、トルクを発生させないために、負荷がアクチュエータの端面の中央にかかるようにすることが重要です。アクチュエータを組み込む設計でプリロードが要求される場合、その大きさは規定のクランプ力の50%を超えないように設定することをお勧めします。詳細については上記の「動作」タブをご覧ください。

こちらの多段チップ型ピエゾアクチュエータと共焼成積層型アクチュエータPZS001については、赤のリード線をアクチュエータ駆動用電源の高電圧側に接続しなければなりません。以下に示すその他の共焼成積層型アクチュエータの場合は、緑のリード線を電源の高電圧側に接続してください。ピエゾアクチュエータを逆バイアス電圧では駆動しないでください。デバイスが破損する可能性があります。ピエゾアクチュエータは、液体の中、あるいは可燃性のガスまたは液体があるところでは使用しないでください。また、有機溶剤での洗浄はしないでください。

多段チップ型アクチュエータ、歪ゲージ付き

Item #	PK2FMC2a	PK3HUC2a	PK4FYC2a	PK4GA7C2a
Performance
Maximum Drive Voltage	75 V	100 V	150 V	150 V
Displacement at Maximum Drive Voltage	11.2 µm ± 15%b	32.0 µm ± 15%b	38.5 µm ± 15%b	100.0 µm ± 15%b
Recommended Drive Voltage Limit for Continuous Operation	75 V	100 V	150 V	150 V
Displacement During Continuous Operationc	11.2 µm ± 15%	32.0 µm ± 15%	38.5 µm ± 15%	100.0 µm ± 15%
Hysteresis	< 15%	< 15%	< 15%	< 15%
Load for Maximum Displacementd	400 N (90 lbs)	1600 N (360 lbs)	400 N (90 lbs)	785 N (176 lbs)
Blocking Force at Maximum Drive Voltage	1000 N (225 lbs)	4000 N (899 lbs)	1000 N (225 lbs)	1960 N (441 lbs)
Resonant Frequency (No Mechanical Load)e	115 kHz ± 15%	41 kHz ± 15%	34 kHz ± 15%	14 kHz ± 15%
Impedance at Resonant Frequency	50 mΩ	60 mΩ	150 mΩ	95 mΩ
Capacitance @ 1 kHz, 1 VRMS	4.2 µF ± 15%	21.0 µF ± 15%	3.5 µF ± 15%	16.0 µF ± 15%
Dissipation Factor	< 2.0%f	< 2.0%f	< 2.0%	< 2.0%f
Performance Graphs (Click Icon to View Graphs)
Anti-Resonant Frequencyg	150 kHz ± 15% (No Load)	54 kHz ± 15% (No Load)	42 kHz ± 15% (No Load)	17 kHz ± 15% (No Load)
Recommended Preload	< 400 N (90 lbs)	< 1600 N (360 lbs)	< 400 N (90 lbs)	< 785 N (176 lbs)
Lifetime	> 1x109 Cyclesh	> 1x109 Cyclesi	> 1x109 Cyclesj	> 1x109 Cyclesk
Strain Gauge Circuit
Bridge Arm Resistance	350 Ω ± 0.3%	350 Ω ± 0.3%	350 Ω ± 0.3%	350 Ω ± 0.3%
Gauge Factor	2
Excitation Voltage (Recommended Max)	4.5 Vrms
Physical
Actuator End Face Area	5.0 mm x 5.0 mm (0.20" x 0.20")	10.0 mm x 10.0 mm (0.39" x 0.39")	5.0 mm x 5.0 mm (0.20" x 0.20")	7.0 mm x 7.0 mm (0.28" x 0.28")
Length Along Actuating Axis	10.5 mm (0.41")	30.0 mm (1.18")	36.0 mm (1.42")	90.0 mm (3.54")
Length Tolerance	±5 µm	±5 µm	± 100 µm	±5 µm
Maximum Dimensions	7.5 mm x 6.5 mm x 10.5 mm (0.30" x 0.26" x 0.41")	12.5 mm x 11.5 mm x 30.0 mm (0.49" x 0.45" x 1.18")	7.3 mm x 7.3 mm x 36.0 mm (0.30" x 0.26" x 1.42")	9.5 mm x 8.5 mm x 90.0 mm (0.37" x 0.33" x 3.54")
Operating Temperature	-25 to 65 °C
Curie Temperature	230 °C

• 特記のない限り、上記はすべて25 °Cでの値
• フリーストローク変位量は無負荷時の変位量です。
• 推奨する駆動電圧内での連続動作時
• 変位量は負荷により変化します。記載された負荷を使用した場合、これらのチップではフリーストローク変位量よりも大きな最大変位量が得られます。
• 最大周波数は共振周波数に近い値になりますが、この周波数はピエゾアクチュエータに機械的負荷がかかると変化します。負荷に応じた共振周波数を推定する方法については「取扱い」タブをご覧ください。ピエゾアクチュエータを高い周波数で動作させる場合、オーバーヒートを防ぐために十分に冷却する必要があります。
• 1 kHz、1 V_RMSでの値
• 反共振周波数はピエゾの変位量が最小になる周波数です。
• ピエゾアクチュエータは次の条件での動作を仮定しています:駆動信号75 Vp-pの正弦波、周波数≤500 Hz、室温(約25 °C)、相対湿度< 40%
• ピエゾアクチュエータは次の条件での動作を仮定しています:駆動信号は100 Vp-pの正弦波、周波数≤100 Hz、室温(約25 °C)、相対湿度< 40%
• ピエゾアクチュエータは次の条件での動作を仮定しています:駆動信号は150 Vp-pの正弦波、周波数≤500 Hz、室温(約25 °C)、相対湿度< 40%
• ピエゾアクチュエータは次の条件での動作を仮定しています: 駆動信号は150 Vp-pの正弦波、周波数≤100 Hz、室温(約25 °C)、相対湿度< 40%

共焼成積層型アクチュエータ、歪ゲージ付き

Item #	PC4QMC2a	PC4WMC2a	PZS001	PC4QQC2a	PC4GQC2a	PC4GRC2a
Performance
Maximum Drive Voltage	150 V	150 V	150 Vb	150 V	150 V	150 V
Displacement at Maximum Drive Voltage	9.0 µm ± 15%c	10.0 µm ± 15%c	17.4 ± 2.0 μm (±11%)	19.0 µm ± 11%c	19.0 µm ± 11%c	21.0 µm ± 11%c
Recommended Drive Voltage Limit for Continuous Operation	150 V	150 V	100 V	150 V	150 V	150 V
Displacement During Continuous Operationd	9.0 µm ± 15%	10.0 µm ± 15%	11.6 ± 2.0 µm (±17%)	19.0 µm ± 11%	19.0 µm ± 11%	21.0 µm ± 11%
Hysteresis	≤15%	≤15%	Not Specified	≤15%	≤15%	≤15%
Load for Maximum Displacemente	400 N (90 lbs)	100 N (22.5 lbs)	Not Specified	400 N (90 lbs)	800 N (180 lbs)	800 N (180 lbs)
Blocking Force	1000 N (225 lbs) at 150 V	250 N (55 lbs) at 150 V	850 N (191 lbs)	1000 N (225 lbs) at 150 V	2000 N (450 lbs) at 150 V	2000 N (450 lbs) at 150 V
Resonant Frequency (No Mechanical Load)f	115 kHz ± 10%	115 kHz ± 10%	69 kHz	65 kHz ± 10%	64 kHz ± 10%	59 kHz ± 10%
Impedance at Resonant Frequency	300 mΩ	700 mΩ	Not Specified	200 mΩ	200 mΩ	200 mΩ
Capacitance @ 1 kHz, 1 VRMS	650 nF ± 15%	180 µF ± 15%	1.40 µF ± 20%	1.35 µF ± 15%	2.5 µF ± 15%	2.8 µF ± 15%
Dissipation Factor	< 2.0%g	< 2.0%g	Not Specified	< 2.0%g	< 2.0%g	<2 .0%g
Performance Graphs (Click Icon to View Graphs)			N/A
Anti-Resonant Frequencyh	170 kHz ± 10% (No Load)	165 kHz ± 10% (No Load)	Not Specified	95 kHz ± 10% (No Load)	95 kHz ± 10% (No Load)	85 kHz ± 10% (No Load)
Preload	< 400 N (90 lbs) Recommended	< 100 N (22.5 lbs) Recommended	425 N (95.5 lbs) Maximum	< 400 N (90 lbs) Recommended	< 800 N (180 lbs) Recommended	< 800 N (180 lbs) Recommended
Lifetime	1x109 Cyclesi	1x109 Cyclesi	1x109 Cyclesi	1x109 Cyclesi	1x109 Cyclesi	1x109 Cyclesi
Strain Gauge Circuit
Bridge Arm Resistance	350 Ω ± 0.3%	350 Ω ± 0.3%	350 Ω	350 Ω ± 0.3%	350 Ω ± 0.3%	350 Ω ± 0.3%
Gauge Factor	2
Excitation Voltage (Recommended Max)	4.5 Vrms
Physical
Actuator End Face Area	5.0 mm x 5.0 mm (0.20" x 0.20")	3.0 mm x 2.0 mm (0.12" x 0.08")	5.0 mm x 5.0 mm (0.20" x 0.20")	5.0 mm x 5.0 mm (0.20" x 0.20")	7.0 mm x 7.0 mm (0.28" x 0.28")	7.0 mm x 7.0 mm (0.28" x 0.28")
Length Along Actuating Axis	10.0 mm (0.39")	10.0 mm (0.39")	20.0 mm (0.79")	18.0 mm (0.71")	18.0 mm (0.71")	20.0 mm (0.78")
Length Tolerance	±5 µm	±5 µm	±100 µm	±5 µm	±5 µm	±5 µm
Maximum Dimensions	7.2 mm x 6.5 mm x 10.0 mm (0.29" x 0.26" x 0.39")	4.5 mm x 5.0 mm x 10.0 mm (0.18" x 0.20" x 0.39")	7.0 mm x 6.0 mm x 20.0 mm (0.28" x 0.24" x 0.79")	6.5 mm x 6.5 mm x 18.0 mm (0.26" x 0.26" x 0.71")	9.5 mm x 8.5 mm x 18.0 mm (0.37" x 0.33" x 0.71")	9.5 mm x 8.5 mm x 20.0 mm (0.37" x 0.33" x 0.78")
Operating Temperature	-25 to 65 °C	-25 to 65 °C	-25 to 85 °C	-25 to 65 °C	-25 to 65 °C	-25 to 65 °C
Curie Temperature	230 °C	230 °C	N/A	230 °C	230 °C	230 °C

• 特記のない限り、上記はすべて25 °Cでの値
• 連続動作は推奨しません。
• フリーストローク変位量は無負荷時の変位量です。
• 推奨する駆動電圧内での連続動作時
• 変位量は負荷により変化します。記載された負荷を使用した場合、これらのチップではフリーストローク変位量よりも大きな最大変位量が得られます。
• 最大周波数は共振周波数に近い値になりますが、この周波数はピエゾアクチュエータに機械的負荷がかかると変化します。負荷に応じた共振周波数を推定する方法については「取扱い」タブをご覧ください。ピエゾアクチュエータを高い周波数で動作させる場合、オーバーヒートを防ぐために十分に冷却する必要があります。
• 1 kHz、1 V_RMSでの値
• 反共振周波数はピエゾの変位量が最小になる周波数です。
• ピエゾアクチュエータは次の条件での動作を仮定しています:駆動信号は150 Vp-pの正弦波、周波数≤500 Hz、室温(約25 °C)、相対湿度< 40%

使用上の注意点

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図1: ピエゾアクチュエータの絶縁方法:
(a)標準のチップ型および多段チップ型ではチップ内部(In-Chip)で絶縁、
(b)共焼成積層型アクチュエータでは積層上(On-Stack)で絶縁

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図2: 静止時のロッドの長さはLで、歪による伸びはΔLです。

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図3: 金属箔歪ゲージの導電体は、電極パッド間をグリッド状のルートを経由して接続しています。上に示す軸に沿った力に対して、応答は最大になります。

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図4: PK4FYC2ならびにPZS001に取り付けられた4つの歪ゲージはホイートストーンブリッジを構成し、2つがアクティブ抵抗、2つがパッシブ抵抗のアームになります。パッシブアームは歪測定時における温度変化の影響を最小にします。上記のワイヤの色はPK4FYC2のものです (PZS001の -V_exワイヤは白色です)。

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図5: 各歪ゲージのペアにおいて、1つはアクティブ、1つはパッシブです。アクティブゲージは上に示す軸に沿った力に対して最大の応答をするように配置されています。パッシブゲージはそれに対して直交する方向に配置されています。

共焼成チップ型、共焼成積層型、多段チップ型ピエゾアクチュエータ
当社の共焼成チップ型と共焼成積層型のアクチュエータ は、一般的には同様の構造をしています。どちらも電極層と焼結前のチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)のピエゾ層を交互に積み上げています。積み上げられた構造はその後1つのモノリシックユニットに焼結されます。極性の異なる電源電極は互いに反対側に取り付けられています。各層ごとの内部電極は、隣り合う内部電極が同じ極性を持たないように、電源電極のどちらか一方と接続されます。共焼成チップ型と共焼成積層型のピエゾアクチュエータの最も大きな違いは、内部電極を極性が反対の電源電極から絶縁する方法です。これらの絶縁方法はアクチュエータの機械的特性に影響します。2つの異なる方法で作られたアクチュエータを図1に示します。

チップ型(In-Chip Insulation)の場合、反対の極性の内部電極が交互に積み重ねられています。内部電極層はピエゾ層の全幅より短くなっています。極性が同じ電極端はチップの一方の端に揃えられており、もう1つの極性の電極端はチップの反対側の端に揃えられています。電極が反対側の端まで達していないため、電極の先の部分はPZTのみになります。電極の先を囲むPZTは絶縁体であり、それにより反対の極性の電源電極から絶縁されます。この電極の絶縁方法では、電極の端に応力の発生する領域が生じます。応力は両電極端での厚みの急激な変化と、電極間のPZTが駆動電圧信号に応答しても電極の先の絶縁体であるPZTが応答しない場合に生じる引張応力によって発生します。この応力により、この手法を用いて作られるチップの最大高さは制限されます。チップの高さは、発生する内部応力が小さく、チップの寿命や性能に影響を及ぼさない範囲に制限されます。チップは、エポキシ樹脂コーティングよりも優れた耐湿性と耐熱性のあるセラミック層で封じられています。

チップの高さ、つまりピエゾアクチュエータの最大ストロークを大きくする方法として、多段チップ型でピエゾアクチュエータを作る方法があります。この方法では複数のチップをガラスビーズとエポキシを使用して接着します。多段チップ型は共焼成チップ型ならびに積層型に比べて長く作ることができるため、サブミリ秒の応答時間と低電圧駆動を保持したまま、大きな変位量を得ることができます。チップ構成全体がセラミックバリア層内に密閉されているため、多段チップ型の方がエポキシ樹脂コーティングで密閉された共焼成チップ型よりも湿度と熱への耐性に優れています。

共焼成積層型(On-Stack Insulation)の場合、電極はPZT層の全幅にかかります。電極は、反対極性の電源電極の側面も含めて、アクチュエータの全側面まで伸びています。内部電極の端はアクチュエータの側面にあるガラスのフィラメントにより電源電極から絶縁されます。精密に局所化されたガラスフィラメントは、内部電極を電源電極から絶縁するとともに、フィラメントで覆われる表面も最小限に抑えています。そのため、電源電極から内部電極への接続性能を低下させることなく、またアクチュエータの動作にも影響を与えません。電極が全幅をカバーするこの絶縁方法を使用したピエゾアクチュエータでは、発生する内部応力が均一であるという特徴があります。共焼成積層型では、従ってIn-Chip Insulation方法を使用して作られるチップ型よりも高く積層したアクチュエータを作ることができます。共焼成積層型は、ガラスビーズエポキシによる不活性な接着層がある多段チップ型よりもアクティブなPZTの割合が高くなっています。これらはエポキシ樹脂でコーティングされています。

取り付けられた歪センサで歪みを測定する方法
歪、εは加わった力に対する物体の変形量で、長さLの変化率で定義されます。図2を参照してください。

金属箔歪ゲージは、微小歪と言われる小さな歪の測定によく用いられます。箔ゲージは試験対象の物体に取り付けて使用されます。物体の歪は直接歪ゲージに伝達され、物体とともに伸縮します。箔歪ゲージの電気抵抗は、導電素子の長さに対して線形的に変化するため、歪ゲージの抵抗をモニタすることにより歪が測定できます。図3でご覧いただける導電体のグリッドパターンにより、表示の軸に沿った張力または圧力がかかった時、導電体の変形は最大になります。それに直交する方向に加わった力は、導電体の寸法や電気抵抗にはわずかな影響しか及ぼしません。

図4のホイートストーンブリッジ回路に用いられた4つの箔ゲージは、一般に抵抗の微小な変化の測定に使用されます。この分圧回路の4つのゲージは、ホイートストーンブリッジのそれぞれ独立した抵抗アームとして機能します。回路には励起電圧V_exをかけ、出力電圧V_oを測定します。出力電圧は、歪によって変動する4つのアームの抵抗とともに変化します。

ピエゾアクチュエータPK4FYC2ならびにPZS001の場合、4つのゲージのうちの2つが隣り合わせでアクチュエータの1面に接着されています。他の2つのゲージは同様にアクチュエータの反対側に接着されています。各ペアの1つのゲージは、アクティブゲージとしてアクチュエータの伸縮方向に沿って配置され、もう1つのゲージはそれに直交して配置されます(図5参照)。アクティブゲージは、アクチュエータの長さの変化に対して最大の応答をする方向に配置されています。もう一方のパッシブゲージは、アクチュエータの長さの変化にわずかにしか応答しません。抵抗は主に温度の変化に応じて変化します。金属箔ゲージの抵抗は温度にも歪にも影響されるので、回路にパッシブゲージを組み込むのは、歪測定で温度変化による影響を最小に抑えたい場合の1つの方法です。

歪ゲージの感度は、電気抵抗Rの変化率と長さの変化率の比で定義され、ゲージ率と呼ばれています。

PK4FYC2ならびにPZS001のゲージ率は2です。

歪はゲージ率、励起電圧、そして出力電圧の測定値を用いて計算します。

ピエゾアクチュエータPK4FYC2ならびにPZS001には、利便性のために製造時に歪ゲージのはんだタブにワイヤを取り付けています。ワイヤのゲージは0.5 mmで、機能が特定できるように色分けされています。赤いワイヤは+V_ex、黒いワイヤは-V_ex、青いワイヤは+V_o、そして黄色のワイヤは-V_oに接続されています。

当社ではプリアンプ回路AMP002を使用してピエゾアクチュエータPK4FYC2ならびに PZS001からの歪センサ信号を増幅してから、KSG101などの歪ゲージリーダに送ることをお勧めします。歪の小さな変化の測定に金属箔ゲージを使用する場合は、通常、測定する前にセンサの信号を増幅します。

金属箔歪ゲージを使用してピエゾアクチュエータPK4FYC2ならびにPZS001の歪を測定する方法については、歪ゲージのチュートリアルをご覧ください。

電源接続
このデバイスには、電極に接続されたワイヤを使用して正バイアスを印加する必要があります。正の極性のワイヤに正のバイアスを印加し、もう一方のワイヤは接地してください。デバイスに負のバイアスを印加すると機械的故障につながる可能性があります。正のバイアスを印加するワイヤは赤色、接地用のワイヤは黒色または白色になっています。

ピエゾアクチュエータへの負荷の取付け
ピエゾセラミックは脆弱で、許容張力も高くはありません。アクチュエータに対して横方向の力や曲げの力がかからないようにしてください。圧縮方向の外部負荷でも、それに曲げモーメントが伴う場合、ピエゾデバイス内部に高い引っ張り応力が発生することがあります。そのように負荷のかけ方が正しくない場合には、ピエゾアクチュエータには破損の原因となるような内部応力が容易に発生します。破損を防ぐには、アクチュエータにかかる荷重がアクチュエータの軸に沿って伝達されるように外部負荷を取り付けることが必要です。負荷はできる限りアクチュエータの取付け面の中心部にかかるようにし、また取付け面に対してできるだけ均一にかかるようにしてください。平坦な取付け面の付いたアクチュエータに平坦な面を有する負荷を取り付ける場合は、2つの面が十分に平坦で滑らかであること、また取付けの平行性も十分であることを確認してください。外部負荷の方向とアクチュエータの軸に角度がある場合は、半球状のエンドプレートまたはフレクシャージョイントを装着したアクチュエータを使用して、アクチュエータに対して安全に荷重がかかるようにしてください。

当社のAEシリーズピエゾアクチュエータに負荷を取り付ける際には、室温硬化のエポキシ樹脂接着剤の使用をお勧めいたします。ピエゾアクチュエータPC4FLに負荷を取り付ける場合は、Loctite^® Hysol^®9340など、80 °C以下の温度で硬化するエポキシ樹脂をご使用ください。負荷は必ずピエゾアクチュエータの変位する面に取り付けてください。この面にはコーティングがありません。当社の共焼成積層型ピエゾアクチュエータのコーティングされた面は変位せず、この面に負荷を取り付けるとアクチュエータの機械的故障につながる恐れがあります。ピエゾアクチュエータPC4FLには、内部応力を最小に抑えるためのアクセサリであるØ5 mm半球状エンドプレートPKFESP(25個入りパック)や円錐形エンドカップ PKFCUP(10個入りパック)の取付けが可能です。以下では、エンドプレートを装着したピエゾアクチュエータに負荷を取り付ける際の正しい方法と誤った方法について説明しています。

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図6: 平面プレート(A、誤)と半球状のプレート(B、正)をそれぞれ装着したピエゾアクチュエータを使用してレバーアームを動かしている様子)

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図7: 負荷をPZTアクチュエータに取り付ける正しい方法と誤った方法

左の図では、レバーアームを動かす際の誤った方法(A、左側の図)と正しい方法(B、右側の図)を示しています。正しい方法では半球状のエンドプレートが使用され、レバーアームの角度にかかわらず荷重は分散されてアクチュエータ全体に伝達されます。左側の図はピエゾアクチュエータとレバーアームの誤った取付け方法で、全ての荷重がピエゾアクチュエータの一端にかかっています。このような不均一な負荷は、曲げモーメントのようなアクチュエータにとって危険な応力を発生する可能性があります。

右図では、ピエゾアクチュエータに平坦な底面を有する軸外負荷を取り付ける際の誤った方法(左側の図、A)と3つの正しい方法を示しています。AならびにBは、左の図で示されている、誤った方法と正しい方法に似ています。正しい方法であるCでは、取付け面としてPKFCUPのような円錐形のエンドカップを使用しています。負荷とは平面で接し、凹面がエンドプレートの半球状のドームに接しています。正しい方法のDでは、フレクシャーマウントで軸外負荷とアクチュエータのそれぞれのフラットな取付け面を接続しています。フレクシャーマウントにより、負荷がアクチュエータのプレート表面に均一に分散され、荷重はアクチュエータ全体にかかっています。

高い周波数で動作させる場合
高い周波数で動作させるには、外部に温度制御システムを取り付けてデバイスを冷やす必要がある場合があります。高い周波数でピエゾ素子を動作させると、デバイスの内部温度が上昇します。デバイス温度の駆動周波数に対する依存性については、下記の赤いアイコン()をクリックしたのち、Spec Sheetでご覧いただけます。デバイスの温度は、仕様の最大動作温度を超えてはいけません。

負荷荷重と共振周波数の関係
多くの用途において、ピエゾアクチュエータの長さがどの程度の速度で変化するかということは重要なパラメータです。長さが変化する速度は、ピエゾアクチュエータの帯域幅(共振周波数)、ドライバの最大帯域幅(スルーレート)、ピエゾアクチュエータの静電容量、駆動信号の振幅など、様々な要因に依存します。電圧によって伸びる長さ(伸長値)は、アクチュエータ駆動電圧とピエゾアクチュエータの長さの関数になります。静電容量が大きくなるほど、アクチュエータの長さの変化は遅くなります。

印加電圧が急激に変化すると、ピエゾアクチュエータの長さも急速に変化します。印加電圧の大きさによりピエゾアクチュエータの伸長値が決定されます。駆動電圧信号がステップ関数の場合、アクチュエータの長さ変化の開始から終了までの最小時間T_minは、共振周波数の周期のおよそ1/3となります。ピエゾに負荷がかかっていない場合、共振周波数をƒ_oとすると、最小応答時間は以下の式で表わすことができます。

公称伸長値に達すると、この長さの近傍でアクチュエータが減衰振動します。振動を軽減するためのコントローラを組み込むこともできますが、それによりアクチュエータの応答性は低下します。

アクチュエータに負荷を加えると、ピエゾアクチュエータの共振周波数は低下します。負荷無しのアクチュエータの共振周波数が与えられている場合には、ピエゾアクチュエータの質量m、負荷の質量Mを用いて、負荷のある場合の共振周波数(ƒ_o')を以下の式で求めることができます。