(57)【要約】  本発明は、従来の技術の中の横方向モードの単結晶圧電素子で駆動するトランスデューサの曲げ強さが低く、破損し易い技術問題を解決するための圧電アクチュエータ及びそのアクチュエータを基盤とする水中音響トランスデューサに関する。本発明に係る圧電アクチュエータは、外部圧電アセンブリおよび外部圧電アセンブリに内蔵される内部圧電アセンブリを備える。外部圧電アセンブリは、軸の長方向のエッジに沿って順に隣接して角パイプ構造を形成する４つの外部圧電素子を備える。内部圧電アセンブリは複数の内部圧電素子を備え、切り口、長さ及び厚さが外部圧電アセンブリと同じであり、周長が外部圧電アセンブリの周長より小さくて、内部圧電アセンブリの軸の長方向のエッジ又は外表面が外部圧電素子の内表面に接続して接着されて、外部の圧電アセンブリ及び内部圧電アセンブリが互いに支持されることで、圧電アクチュエータの全体的な曲げ強さ及び破損防止機能を大幅に向上させる。本発明に係る圧電アクチュエータを、モーターとして使用する複合ロッド構造の水中エミッタをさらに説明する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部圧電アセンブリ及び前記外部圧電アセンブリに内蔵される内部圧電アセンブリを備え、
前記外部圧電アセンブリは、軸の長方向のエッジに沿って順に隣接して角パイプ構造を形成する４つの外部圧電素子を備え、
前記内部圧電アセンブリは、複数の内部圧電素子を備え、前記内部圧電アセンブリの切り口、軸方向の長さ及び厚さは、前記外部圧電アセンブリの切り口、軸方向の長さ及び厚さと同じであるものの、周長が前記外部圧電アセンブリの周長より小さく、前記内部圧電アセンブリの外部輪郭は、前記外部圧電素子の内表面に接続され、圧電効果を実現でき、かつ前記外部圧電アセンブリと互いに支持されて複合アクチュエータの曲げ強さ及び破損防止機能を向上できる、ことを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項２】
前記内部圧電アセンブリは、軸の長方向のエッジが順に隣接され角パイプ構造を形成する４つの第１の内部圧電素子を備え、かつ四つの前記第１の内部圧電素子により形成されている角パイプ構造のエッジは、それぞれ前記外部圧電アセンブリの前記外部圧電素子における対応する内表面に当接することを特徴とする、請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項３】
前記内部圧電アセンブリは、その軸の長方向のエッジに沿って順に隣接され角パイプ構造を形成する４つの第２の内部圧電素子をさらに備え、かつ各前記第２の内部圧電素子の外表面は、それぞれ第１の内部圧電アセンブリの前記第１の内部圧電素子の一つの対応する内表面に当接することを特徴とする、請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項４】
前記内部圧電アセンブリは、
軸の長方向のエッジに沿って順に隣接され角パイプ構造を形成し、かつ各外表面が第２の内部圧電アセンブリの前記第２の内部圧電素子の一つにおける対応する内表面に当接する、４つの第３の内部圧電素子と、
軸の長方向のエッジに沿って順に隣接され角パイプ構造を形成し、形成された角パイプ構造の軸の長方向のエッジが第３の内部圧電アセンブリの前記第３の内部圧電素子における対応する内表面に当接する４つの第４の内部圧電素子と、をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項５】
前記内部圧電アセンブリは、二つの軸の長方向のエッジがそれぞれ二つの互いに対向する外部圧電素子の内表面に接続され、かつ周長が他の一対の対向する外部圧電素子の周長に平行される第１トラスを二つ備え、又は
前記内部圧電アセンブリは、二つの軸の長方向のエッジがお互いに隣接する二つの外部圧電素子の内表面に接続される一番目の第２トラスと、二つの軸の長方向のエッジがそれぞれ他の二つの外部圧電素子の内表面に接続されかつ一番目の第２トラスに平行する二番目の第２トラスとを備え、又は
前記内部圧電アセンブリは、前記外部圧電アセンブリの内部コーナーに対応する二つのお互いに隣接する外部圧電素子の二つの内表面に接続される第３トラスを四つ備える、ことを特徴とする請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項６】
前記外部圧電素子及び前記内部圧電素子が、[０１１]厚さ方向に分極されたｄ３２の横方向モードの直六面体の単結晶であり、その[１００]結晶方向が圧電アクチュエータの軸方向に沿う、ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項７】
前記外部圧電素子及び前記内部圧電素子が[０１１]厚さ方向に分極されたｄ３１の横方向モードの直方体単結晶であり、その[０-１１]結晶方向は、前記圧電アクチュエータの軸方向に沿って一致する、ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項８】
前記外部圧電素子及び前記内部圧電素子が、亜鉛ニオブ酸鉛-チタン酸鉛[Ｐｂ（Ｚｎ１/３Ｎｂ２/３）Ｏ３-ＰｂＴｉＯ３]、マグネシウムニオブ酸鉛-チタン酸鉛[Ｐｂ（Ｍｇ１/３Ｎｂ２/３）Ｏ３-ＰｂＴｉＯ３]、マグネシウムニオブ酸鉛-チタン酸ジルコン酸鉛[Ｐｂ（Ｍｇ１/３Ｎｂ２/３）Ｏ３-ＰｂＺｒＯ３-ＰｂＴｉＯ３]、インジウムニオブ酸鉛-マグネシウムニオブ酸鉛-チタン酸鉛[Ｐｂ（Ｉｎ１/２Ｎｂ１/２）Ｏ３-Ｐｂ（Ｍｇ１/３Ｎｂ２/３）Ｏ３-ＰｂＴｉＯ３]又はその誘導成分を含んでいる、リラクサタイプの固溶体単結晶であることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項９】
前記圧電アクチュエータは、ストレスロッド、皿ばね及びロックナットを備え、かつ前記外部圧電アセンブリと前記内部圧電アセンブリとが圧縮応力状態にあるように配置されているプレストレス機構をさらに備える、ことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項１０】
前記圧電アクチュエータは、機械適応性を有し、前記圧電アクチュエータのねじりを防止し、前記圧電アクチュエータがその軸方向に沿って自由に移動可能に配置されるねじり防止機構をさらに備える、ことを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項１１】
軸の長方向のエッジが順に隣接され閉鎖されている多角形のパイプ構造を形成する、複数の第１の単結晶圧電素子を有する第１の（外部）アクチュエータと、
軸方向の長さが第１のアクチュエータに一致しかつ前記第１の（外部）アクチュエータの内に配置され、軸方向で前記第１の（外部）アクチュエータを支持するための圧電補強構造と、を備える、ことを特徴とするアクチュエータ装置。
【請求項１２】
前記圧電補強構造は、軸の長方向のエッジにそって順に隣接され閉鎖されている多角形のパイプ構造を形成する複数の第２の単結晶圧電素子を備え、かつ断面が前記第１の（外部）アクチュエータより小さい第２のアクチュエータであることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記第２の単結晶圧電素子の側面が、前記外部アクチュエータの前記第１単結晶圧電素子の内表面に接合される、ことを特徴とする請求項１１又は１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記第２の単結晶圧電素子の軸の長方向のエッジが前記外部アクチュエータの前記第１単結晶圧電素子の内表面に接合されることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の装置。
【請求項１５】
前記圧電補強構造は、前記外部アクチュエータ内において互いに逆方向で対称して配置される二つの第２の単結晶圧電素子を備える少なくとも一つの単結晶圧電素子ペアを備える、ことを特徴とする請求項１１又は１２に記載の装置。
【請求項１６】
各単結晶圧電素子を接着するためのエッジストリップをさらに備え、
第１単結晶圧電素子は、軸の長方向のエッジに沿って前記エッジストリップを介して相互に接着され、第２単結晶圧電素子は、軸の長方向のエッジに沿って前記エッジストリップを介して相互に接着され、前記第１単結晶圧電素子と第２単結晶圧電素子とは、対応する軸の長方向のエッジに沿って前記エッジストリップを介して接着される、ことを特徴とする請求項１１乃至請求項１５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１７】
前記エッジストリップは、ポリカーボネート材料で製造された接続部材である、ことを特徴とする請求項１１乃至請求項１６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１８】
前記第１単結晶圧電素子及び前記第２の単結晶圧電素子は、いずれも横方向モードの矩形状の圧電単結晶である、ことを特徴とする請求項１１乃至請求項１７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１９】
ピストンと、
テールマスモジュールと、及び
軸方向に配置されかつ前記ピストンに接続される第１接続端と、軸方向に配置されかつ前記テールマスモジュールに接続される第２の接続端とを備える請求項１１乃至請求項１８のいずれか一項に記載のアクチュエータ装置を備える、ことを特徴とする水中音響トランスデューサ。
【請求項２０】
複数の第１単結晶圧電素子の軸の長方向のエッジを順に接続して、閉鎖された多角形のパイプ構造の第１アクチュエータを形成するステップと、
前記第１アクチュエータの軸方向の長さに一致する圧電補強構造を前記第１アクチュエータ内に設置して、前記第１アクチュエータを支持するステップとを含む、請求項１１乃至請求項１８のいずれか一項に記載のアクチュエータ装置を製造する、ことを特徴とするアクチュエータ装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２０１６年８月３１日に、中国特許庁に提出した出願番号２０１６１０７９８５４７.Ｘ、発明の名称「アクチュエータ装置、その製造方法及び水中音響トランスデューサ」である中国特許出願の優先権を主張しており、そのすべての内容が本発明に含まれています。
【０００２】
本発明は、圧電アクチュエータ、水中音響トランスデューサ及び水中音響トランスデューサの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
縦振動を基礎とするトンピルズトランスデューサは、その設計周波数が数千ヘルツから数万ヘルツの間にあり、通信ソナー、海底映像ソナー、水中目標を検出及び追跡するためのアクティブソナー、港チャンネルをモニタリングするためのアクティブソナー及びソナー武器などを含む広い応用範囲を有する。
【０００４】
従来の縦振動式トンピルズトランスデューサは、ｄ３３モードのチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）圧電セラミックスタック、ピストン及びテールマスモジュールで構成されている。積層型アクチュエータにおける圧電セラミック層は、一般に並列接続されて、トランスデューサの駆動電圧を下げる。圧電スタックは、駆動電圧の作用下で、軸方向で伸縮振動し、これによりピストンが振動され水中に音波を伝播する。実際の設計において、通常のストレスロッド及びディスクスプリングガスケットを利用して、圧電スタックに圧縮応力をかけて、圧電材料及び接続材料が張力の作用を受けることを避けることで、トランスデューサの機械的信頼性を向上させる。
【０００５】
ｄ３１モードの半径方向に分極されているＰＺＴ圧電セラミック管（その電極は内外表面に位置する）は、音波を発生させるために使用してもよい。しかし、ＰＺＴセラミックの横方向圧電効果が弱くて（その圧電定数ｄ３１と電気機械結合係数ｋ３１の両方がいずれも比較的に低い）、このような横方向モードで駆動されるＰＺＴセラミックトランスデューサは、その発声効果や音源のレベルが理想的ではない。
【０００６】
鉛系リラクサ単結晶は、優れた横方向圧電性質を有し、ｄ３２及びｄ３１の横方向モードの単結晶は、高性能のトンピルズトランスデューサを製造することに用いられることができる。これらの設計は、非常に細くて長く、その曲げ強さ（Ｂｅｎｄｉｎｇ  Ｓｔｒｅｎｇｔｈ）が低い単結晶を使用する。補強しない場合、単結晶は使用中に極めて破損しやすい。
【発明の概要】
【０００７】
上述の不足点を克服するために、本発明の第１の態様は、圧電補強型圧電アクチュエータを提供して、曲げ強さ及び破損防止機能を向上させる。
【０００８】
本発明の第２の態様は、トランスデューサの駆動部分に、本発明の圧電アクチュエータを使用して、比較的に優れた曲げ強さ及び破損防止機能を有する水中音響トランスデューサを提供する。
【０００９】
本発明の第３の態様は、比較的に優れた曲げ強さ及び破損防止機能を有する水中音響トランスデューサを製造可能な水中音響トランスデューサの製造方法を提供する。
【００１０】
第１の態様において、本発明は、外部圧電アセンブリ及び前記外部圧電アセンブリに内蔵される内部圧電アセンブリを備え、
前記外部圧電アセンブリは、軸の長方向のエッジに沿って順に隣接して角パイプ構造を形成する４つの外部圧電素子を備え、
前記内部圧電アセンブリは、複数の内部圧電素子を備え、前記内部圧電アセンブリの切り口、軸方向の長さ及び厚さは、前記外部圧電アセンブリの切り口、軸方向の長さ及び厚さと同じであるものの、周長が前記外部圧電アセンブリの周長より小さく、前記内部圧電アセンブリの外部輪郭は、前記外部圧電素子の内表面に接続され、圧電効果を実現でき、かつ前記外部圧電アセンブリと互いに支持されて複合アクチュエータの曲げ強さ及び破損防止機能を向上できる圧電アクチュエータを提供する。
【００１１】
さらに、前記内部圧電アセンブリは、軸の長方向のエッジが順に隣接され角パイプ構造を形成する４つの第１の内部圧電素子を備え、かつ四つの前記第１の内部圧電素子により形成されている角パイプ構造のエッジは、それぞれ前記外部圧電アセンブリの前記外部圧電素子における対応する内表面に当接する。
【００１２】
さらに、前記内部圧電アセンブリは、その軸の長方向のエッジに沿って順に隣接され角パイプ構造を形成する４つの第２の内部圧電素子をさらに備え、かつ各前記第２の内部圧電素子の外表面は、それぞれ第１の内部圧電アセンブリの前記第１の内部圧電素子の一つの対応する内表面に当接する。
【００１３】
さらに、前記内部圧電アセンブリは、
軸の長方向のエッジに沿って順に隣接され角パイプ構造を形成し、かつ各外表面が第２の内部圧電アセンブリの前記第２の内部圧電素子の一つにおける対応する内表面に当接する、４つの第３の内部圧電素子と、
軸の長方向のエッジに沿って順に隣接され角パイプ構造を形成し、形成された角パイプ構造の軸の長方向のエッジが第３の内部圧電アセンブリの前記第３の内部圧電素子における対応する内表面に当接する４つの第４の内部圧電素子と、をさらに備える。
【００１４】
さらに、前記内部圧電アセンブリは、二つの軸の長方向のエッジがそれぞれ二つの互いに対向する外部圧電素子の内表面に接続され、かつ周長が他の一対の対向する外部圧電素子の周長に平行される第１トラスを二つ備え、又は
前記内部圧電アセンブリは、二つの軸の長方向のエッジがお互いに隣接する二つの外部圧電素子の内表面に接続される一番目の第２トラスと、二つの軸の長方向のエッジがそれぞれ他の二つの外部圧電素子の内表面に接続されかつ一番目の第２トラスに平行する二番目の第２トラスとを備え、又は
前記内部圧電アセンブリは、前記外部圧電アセンブリの内部コーナーに対応する二つのお互いに隣接する外部圧電素子の二つの内表面に接続される第３トラスを四つ備える。
【００１５】
さらに、前記外部圧電素子及び前記内部圧電素子は、[０１１]の厚さ方向に分極されたｄ３２の横方向モードの長方形の単結晶であり、その[１００]結晶方向は、前記圧電アクチュエータの軸方向に沿う。
【００１６】
さらに、前記外部圧電素子及び前記内部圧電素子は、[０１１]の厚さ方向に分極されたｄ３１の横方向モードの長方形の単結晶であり、その[０１１]結晶方向は、前記圧電アクチュエータの軸方向を沿う。
【００１７】
さらに、前記外部圧電素子及び前記内部圧電素子が、亜鉛ニオブ酸鉛-チタン酸鉛[Ｐｂ（Ｚｎ１/３Ｎｂ２/３）Ｏ３-ＰｂＴｉＯ３]、マグネシウムニオブ酸鉛-チタン酸鉛[Ｐｂ（Ｍｇ１/３Ｎｂ２/３）Ｏ３-ＰｂＴｉＯ３]、マグネシウムニオブ酸鉛-チタン酸ジルコン酸鉛[Ｐｂ（Ｍｇ１/３Ｎｂ２/３）Ｏ３-ＰｂＺｒＯ３-ＰｂＴｉＯ３]、インジウムニオブ酸鉛-マグネシウムニオブ酸鉛-チタン酸鉛[Ｐｂ（Ｉｎ１/２Ｎｂ１/２）Ｏ３-Ｐｂ（Ｍｇ１/３Ｎｂ２/３）Ｏ３-ＰｂＴｉＯ３]又はその誘導成分を含んでいる、リラクサタイプの固溶体単結晶である。
【００１８】
さらに、前記圧電アクチュエータは、ストレスロッド、皿ばね及びロックナットを備え、かつ前記外部圧電アセンブリと前記内部圧電アセンブリとが圧縮応力状態にあるように配置されているプレストレス機構をさらに備える。
【００１９】
さらに、前記圧電アクチュエータは、機械適応性を有し、前記圧電アクチュエータのねじりを防止し、前記圧電アクチュエータがその軸方向に沿って自由に移動可能に配置されるねじり防止機構をさらに備える。
【００２０】
上述の第１の態様においては、軸の長方向のエッジが順に隣接され閉鎖されている多角形のパイプ構造を形成する、複数の第１の単結晶圧電素子を有する第１の（外部）アクチュエータと、軸方向の長さが第１のアクチュエータに一致しかつ前記第１の（外部）アクチュエータの内に配置され、軸方向で前記第１の（外部）アクチュエータを支持するための圧電補強構造とを備えるアクチュエータ装置が提供される。
【００２１】
さらに、前記圧電補強構造は、軸の長方向のエッジにそって順に隣接され閉鎖されている多角形のパイプ構造を形成する複数の第２の単結晶圧電素子を備え、かつ断面が前記第１の（外部）アクチュエータより小さい第２のアクチュエータである。
【００２２】
さらに、前記第２の単結晶圧電素子の側面が、外部アクチュエータの前記第１の単結晶圧電素子の内表面に接合される。
【００２３】
さらに、前記第２の単結晶圧電素子の軸の長方向のエッジが、外部アクチュエータの前記第１の単結晶圧電素子の内表面に接合される。
【００２４】
さらに、前記圧電補強構造は、前記外部アクチュエータ内において互いに逆方向で対称して配置される二つの第２の単結晶圧電素子を備える少なくとも一つの単結晶圧電素子ペアを備える。
【００２５】
さらに、各単結晶圧電素子を接着するためのエッジストリップをさらに備え、
第１単結晶圧電素子は、軸の長方向のエッジに沿って前記エッジストリップを介して相互に接着され、第２単結晶圧電素子は、軸の長方向のエッジに沿って前記エッジストリップを介して相互に接着され、前記第１単結晶圧電素子と第２単結晶圧電素子とは、対応する軸の長方向のエッジに沿って前記エッジストリップを介して接着される。
【００２６】
さらに、前記エッジストリップは、ポリカーボネート材料で製造された接続部材であってもよい。
【００２７】
さらに、前記第１の単結晶圧電素子と前記第２の単結晶圧電素子は、すべて横方向モードの矩形状の圧電単結晶である。
【００２８】
上述の第２の態様において、ピストンと、テールマスモジュールと、及び軸方向に配置されかつ前記ピストンに接続される第１接続端と、軸方向に配置されかつ前記テールマスモジュールに接続される第２の接続端とを含み、前記のいずれかを備えるアクチュエータ装置を備える水中音響トランスデューサを提供する。
【００２９】
上述の第３の態様において、上述のアクチュエータ装置を製造するためのアクチュエータ装置の製造方法を提供し、前記方法は、
複数の第１単結晶圧電素子の軸の長方向のエッジを順に接続して、閉鎖された多角形のパイプ構造の第１アクチュエータを形成するステップと、
前記第１アクチュエータの軸方向の長さに一致する圧電補強構造を前記第１アクチュエータ内に設置して、前記第１アクチュエータを支持するステップとを含む。
【００３０】
上述の課題の解決策を結合して、本発明が実現できる有益な効果は、以下の通りである。
【００３１】
本発明が提供した圧電アクチュエータは、外部圧電アセンブリ及び外部圧電アセンブリに内蔵される内部圧電アセンブリを備える。外部圧電アセンブリは、順に隣接され角パイプ構造を形成する４つの外部圧電素子を備える。内部圧電アセンブリは複数の内部圧電素子を備え、内部圧電アセンブリの切り口、長さ（圧電アクチュエータの軸方向）及び厚さ（圧電アクチュエータの半径方向）は、外部圧電アセンブリと同じであるものの、幅が外部圧電アセンブリの幅より小さくて、内部圧電アセンブリのエッジ（軸方向の外側のエッジ）又は外表面は、外部圧電素子の内表面に接続して接着されて、圧電効果を有すると同時に、外部圧電アセンブリを支持することができる。従って、内部圧電アセンブリと外部圧電アセンブリとは、互いに補強されるので、圧電アクチュエータの全体的な曲げ強さ及び破損防止機能を大幅に向上させる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
本発明の実施例に係る課題の解決をより明確に説明するために、以下、実施例に必要される図面について簡単に説明し、以下、図面は、本発明の一部の実施例を示すためのものに過ぎず、範囲の限定とみなされるものではなく、当業者は、創意工夫をしなくとも、これらの図面に基づいて他の関連する図面を得ることができる。
【図１】図１は、本発明の好ましい実施例により提供される一つの圧電アクチュエータの構造概略図である。当該アクチュエータは、外部圧電アセンブリで形成された大きな外部角パイプ、及び内部圧電アセンブリで形成された比較的に小さな内部角パイプ構造を備え、内部角パイプの軸の長方向のエッジは、外部角パイプの内表面に当接する。
【図２】図２は、図１に示した圧電アクチュエータの断面概略図である。
【図３】図３は、本発明の好ましい実施例により提供される他の圧電アクチュエータの構造概略図である。当該アクチュエータは、外部圧電アセンブリで形成された大きな外部角パイプ、及び内部圧電アセンブリで形成された比較的に小さな内部角パイプを備え、内部角パイプの外表面は、外部角パイプの内表面に当接する。
【図４】図４は、本発明の好ましい実施例により提供されるもう一つの圧電アクチュエータの構造概略図である。当該アクチュエータは、外部角パイプ、中間角パイプ及び内部角パイプを備え、ここで、中間角パイプの外表面は、外部角パイプの内表面に当接して、内部角パイプの長方向のエッジが、中間角パイプの内表面に当接する。
【図５】図５は、本発明の好ましい実施例により提供されるもう一つの圧電アクチュエータの構造概略図である。当該アクチュエータは、外部角パイプ及び平行する二つのトラスを備え、二つのトラスの両端に、互いに対向する二つの外部圧電素子が接続される。
【図６】図６は、本発明の好ましい実施例により提供されるもう一つの圧電アクチュエータの構造概略図である。当該アクチュエータは、外部角パイプ及び二つのトラスを備え、二つのトラスの二つの軸の長方向のエッジは、隣接される二つの外部圧電素子の内表面に接続して接着される。
【図７】図７は、本発明の好ましい実施例により提供されるもう一つの圧電アクチュエータの構造概略図である。当該アクチュエータは、外部角パイプ及び４つのトラスを備え、四つのトラスの二つの軸の長方向のエッジは、隣接される二つの外部圧電素子の内表面に接続して接着される。
【図８】図８は、本発明の好ましい実施例により提供される水中音響トランスデューサの構造概略図である。当該トランスデューサは、ピストン、テールマスモジュール及び本発明に係る圧電アクチュエータを利用して製造された駆動素子を備える。
【符号の説明】
【００３３】
１００：圧電アクチュエータ 
１１０：外部圧電素子
１２０：内部圧電素子   
１２１：第１の内部圧電素子
１２２：第２の内部圧電素子 
１２３：第３の内部圧電素子
１２４：第４の内部圧電素子 
１２５：第１のトラス
１２６：第２のトラス 
１２７：第３トラス
１３０：エッジストリップ
２００：ピストン
３００：テールマスモジュール
【発明を実施するための形態】
【００３４】
本発明の実施例の目的、課題の解決及び利点をより明確にするために、以下、本発明の実施例における図面を結合して、本発明の実施例を明確かつ完全に説明し、説明した実施例は、本発明の一部の実施例に過ぎず、全部の実施例ではないことは明白である。通常、ここで説明して示した本発明の実施例のアセンブリは、様々な異なる方法で配置及び設計することができる。
【００３５】
したがって、以下の図面が提供した本発明の実施例の詳細な説明は、保護しようとする本発明の範囲を限定しようとするものではなく、本発明の選択実施例を示すに過ぎない。本発明の実施例に基づいて、当業者は創意工夫をすることなく得られた他のすべての実施例は、いずれも本発明の保護範囲に属する。
【００３６】
留意すべきものは、同様の符号及び文字は、以下の図面でも同様のものを示すため、一度ある図面において定義されると、その後の図面でさらに定義したり、解釈する必要はないことである。
【００３７】
本発明の説明において、留意すべきものは、用語「上」、「下」、「左」、「右」、「垂直」、「水平」、「内側」、「外側」などが指す方位や位置関係は、図面に基づく方位や位置関係であり、または該発明商品を使用する際によく置かれる方位や位置関係であり、表示される装置又は素子が、必ずしも特定の方位を持って特定の方位で構成又は操作する必要があることを提示又は暗示するものではなく、本発明を制限するものと理解してはならない。また、用語「第１」「第２」、「第３」は、説明の目的のために使用することに過ぎず、相対的な重要性を提示又は暗示するものと理解してはならない。
そのほか、用語「水平」、「垂直」などの用語は、部品が絶対に水平又は垂直されることを示しておらず、僅かに傾斜してもよい。たとえば、「水平」は、その方向が「垂直」に比較して、より水平であることを示しただけで、当該構造が必ずしも完全に水平であることを示さず、僅かに傾斜してもよい。
【００３８】
本発明の説明において、留意すべきものは、別に明確に規定又は限定をしない限り、「設置」、「装備」、「接続」、「連結」などは、広い意味で理解しなければならず、例えば、固定接続とか着脱可能な連結であってもよく、又は一体連結であってもよく、機械的連結とか電気的連結であってもよく、直接接続とか中間媒体を介して間接接続方法であってもよく、二つの素子の内部の間の連通であってもよい。当業者は、具体的な状況に応じて、上述の用語を本発明の具体的な意味で理解してもよい。
【００３９】
［第１の実施例］
図１は本発明による圧電アクチュエータ１００の一つの典型的な実施例を示し、外部圧電アセンブリ及び外部圧電アセンブリに内蔵される内部圧電アセンブリを備え、ここで、内部圧電アセンブリは、圧電効果を実現することができると同時に支持機能を有して、圧電アクチュエータ１００の曲げ強さ及び破損防止機能を向上させる。
【００４０】
本発明による外部圧電アセンブリは４つの外部圧電素子１１０を備え、４つの外部圧電素子１１０は、同一の寸法を持つ矩形状の圧電単結晶能動素子であり、軸の長方向のエッジに沿って順に隣接されて角パイプ構造を形成し、サイズ一致の直六面体の圧電単結晶能動素子である。内部圧電アセンブリは、複数のサイズ一致の直六面体の圧電単結晶能動素子である内部圧電素子１２０を備える。内部圧電アセンブリの切り口（単結晶の結晶方向）、長さ（圧電アクチュエータ１００の軸方向）及び厚さ（圧電アクチュエータ１００の半径方向）は、外部圧電アセンブリと同じであるものの、幅が外部圧電アセンブリの幅より小さく、内部圧電アセンブリのエッジ（軸方向の外側のエッジ）又は外表面が、外部圧電素子１１０の内表面に接続して接着されて、外部圧電アセンブリ及び内部圧電アセンブリの相互支持を実現することで、圧電アクチュエータ１００の全体的な曲げ強さ及び破損防止機能を向上させる。
【００４１】
好ましくは、本実施例では、圧電アクチュエータ１００の一つの構成を示し、具体的に、図１及び図２を参照すると、四つの外部圧電素子１１０及び４つの第１の内部圧電素子１２１を備え、四つの外部圧電素子１１０は、軸の長方向のエッジに沿って順に隣接されて外部角パイプを形成し、隣接する外部圧電素子１１０との間は、エッジストリップ１３０により接続して接着される。内部圧電アセンブリは、４つの第１の内部圧電素子１２１を備え、四つの第１の内部圧電素子１２１は、軸の長方向のエッジに沿って順に隣接されて内部角パイプ構造を形成し、隣接する第１の内部圧電素子１２１の間は、エッジストリップ１３０により接続して接着される。また、第１の内部圧電素子１２１で構成される角パイプ構造の軸の長方向のエッジは、外部圧電素子１１０の内表面に当接し、より具体的に、図２を参照すると、（当該好ましい形態の圧電アクチュエータ１００の断面模式図）、ここで、第１の内部圧電素子１２１で構成される角パイプ構造の軸の長方向のエッジは、外部圧電素子１１０の内表面の中心線の位置に相互に接続され、より好ましくは、隣接する第１の内部圧電素子１２１を接続するエッジストリップ１３０を、断面が三角形である構造に設定し、三角形の隣接する両辺は、それぞれ二つの内部圧電素子１２１における対応する軸の長方向のエッジに接続して接着され、三角形の他の一辺は、外部圧電素子１１０の内表面に当接し、かつ当接位置は、前記外部圧電素子１１０の中心線の位置である。当該好ましい形態において、内部角パイプと外部角パイプ構造は、互いに補強して支持し、圧電アクチュエータ１００の全体的な曲げ強さ及び破損防止機能を向上させる。
【００４２】
好ましくは、本実施例は、圧電アクチュエータ１００の他の構成を提供し、具体的には、図３を参照すると、圧電アクチュエータ１００は、４つの外部圧電素子１１０と４個の第２の内部圧電素子１２２とを備え、四つの外部圧電素子１１０は、軸の長方向のエッジに沿って順に隣接されて外部角パイプを形成し、隣接する外部圧電素子１１０の間は、エッジストリップ１３０により接続して接着される。内部圧電アセンブリは、４つの第２の内部圧電素子１２２を備え、四つの第２の内部圧電素子１２２は、軸の長方向のエッジに沿って順に隣接して内部角パイプ構造を形成し、隣接する第２の内部圧電素子１２２の間は、エッジストリップ１３０により接続して接着される。また、第２の内部圧電素子１２２の外側面は、外部圧電素子１１０の内側面に、当接して接着される。動作期間で、外部角パイプと内部角パイプアクチュエータ両者は、互いに補強することで、圧電アクチュエータ１００の全体的な曲げ強さ及び変形防止機能を大幅に向上させる。
【００４３】
好ましくは、本実施例で、圧電アクチュエータ１００の別の構成を提供し、具体的に、図４を参照すると、圧電アクチュエータ１００は、４つの外部圧電素子１１０、４つの第３の内部圧電素子１２３及び４つの第４の内部圧電素子１２４を備える。四つの外部圧電素子１１０は、軸の長方向のエッジに沿って順に隣接されて外部角パイプを形成し、隣接する外部圧電素子１１０との間は、エッジストリップ１３０により接続して接着される。四つの第３の内部圧電素子１２３は、軸の長方向のエッジに沿って順に隣接されて中間角パイプ構造を形成し、隣接する第３の内部圧電素子１２３の間は、エッジストリップ１３０により接続して接着され、第３の内部圧電素子１２３の外表面は、各外部圧電素子１１０の内表面にそれぞれ当接する。四つの第４の内部圧電素子１２４は、軸の長方向のエッジに沿って順に隣接されて内部角パイプ構造を形成し、隣接する第４の内部圧電素子１２４の間は、エッジストリップ１３０により接続して接着され、かつ四つの内部圧電素子１２０により形成された内部角パイプ構造の軸の長方向のエッジは、中間角パイプ構造の各第３の内部圧電素子１２３の内表面に当接する。より好ましくは、隣接する第４の内部圧電素子１２４を接続するエッジストリップ１３０を、断面が三角形である構造で設定し、三角形の両辺は、それぞれ二つの第４の内部圧電素子１２４における対応する軸の長方向のエッジに接続して接着され、三角形構造の他の一辺は、第３の内部圧電素子１２３の内表面の中心線に接続して接着される。このような構造を利用して、使用期間で、三つの角パイプアクチュエータは、外部、中間、内部が互いに補強される。したがって、当該好ましい形態形態の圧電アクチュエータ１００は、曲げ強さ及び破損防止機能が比較的高い。
【００４４】
好ましくは、本実施例で、圧電アクチュエータ１００の別の構成を提供し、具体的に、図５を参照すると、圧電アクチュエータ１００は、４つの外部圧電素子１１０と二つの第１のトラス１２５とを備える。四つの外部圧電素子１１０は、軸の長方向のエッジに沿って順に隣接され外部角パイプを形成し、隣接する外部圧電素子１１０の間は、エッジストリップ１３０により接続して接着される。二つの第１のトラス１２５の両端は、それぞれ二つの互いに対向する外部圧電素子１１０の内表面に接続して接着され、かつ二つの第１のトラス１２５は、他の一対の対向する外部圧電素子１１０に平行する。より具体的には、第１のトラス１２５の二つの軸の長方向のエッジは、エッジストリップ１３０により対応する外部圧電素子１１０に接続して接着され、エッジストリップ１３０の一側は、第１のトラス１２５に接続して接着され、他の一側は、外部圧電素子１１０の内表面に接続して接着される。前記構造により、圧電トラスは使用期間に外部角パイプアクチュエータを補強することで、圧電アクチュエータ１００の全体的な曲げ強さ及び変形防止機能を大幅に向上させる。
【００４５】
好ましくは、本実施例で、圧電アクチュエータ１００の別の構成を提供し、具体的には、図６を参照すると、圧電アクチュエータ１００は、４つの外部圧電素子１１０と二つの第２のトラス１２６とを備える。四つの外部圧電素子１１０は、軸の長方向のエッジに沿って順に隣接され外部角パイプを形成し、二つのトラスは、対角トラス構造を形成し、そのうち、一つの第２のトラス１２６は、二つの軸の長方向のエッジが二つの隣接する外部圧電素子１１０の内表面に接続して接着され、他の一つの第２のトラス１２６は、二つの軸の長方向のエッジがそれぞれ他の二つの隣接する外部圧電素子１１０の内表面に接続して接着される。より具体的には、そのうちの一つの第２のトラス１２６は、二つの軸の長方向のエッジがエッジストリップ１３０により二つの隣接する外部圧電素子１１０の内表面に接続して接着され、一つの第２のトラス１２６及びこれに接続されかつお互いに隣接する二つの外部圧電素子１１０は、断面が二等辺三角形である形状をなす。第２のトラス１２６と外部圧電素子１１０との交点は、外部圧電素子１１０の半分の等分点であることが好ましい。同様に、他の一つの第２のトラス１２６は、二つの長方向のエッジが、エッジストリップ１３０によりそれぞれ他の二つの隣接する外部圧電素子１１０の内表面に接続して接着される。また、前記他の一つの第２のトラス１２６及これに接続されかつお互いに隣接する二つの外部圧電素子１１０は、断面が二等辺三角形である形状をなす。当該好ましい形態において、二つの第２のトラス１２６は支持ビームとして、外部角パイプ構造を効果的に支持でき、圧電アクチュエータ１００の全体的な曲げ強さ及び変形防止機能を大幅に向上させる。
【００４６】
好ましくは、本実施例で、圧電アクチュエータ１００の別の構成を提供し、具体的に、図７を参照すると、圧電アクチュエータ１００は、４つの外部圧電素子１１０と四つの第３トラス１２７とを備える。四つの外部圧電素子１１０は、軸の長方向のエッジに沿って順に隣接され外部角パイプを形成し、各第３トラス１２７は、外部圧電アセンブリの内部コーナーに対応する二つの隣接する外部圧電素子１１０の内表面にそれぞれ接続して接着され、より具体的には、各第３トラス１２７は、エッジストリップ１３０により外部圧電アセンブリの内部コーナーに対応する二つの隣接する外部圧電素子１１０の内表面に接続して接着され、かつ第３トラス１２７と外部圧電素子１１０との接続点は、外部圧電素子１１０の外部圧電素子の三分の一の点であることが好ましい。当該好ましい形態において、四つの第３トラス１２７は、支持ビームとして、外部角パイプ構造を効果的に支持でき、圧電アクチュエータ１００の全体的な曲げ強さ及び変形防止機能を大幅に向上させる。
【００４７】
好ましくは、隣接する外部圧電素子１１０の間、隣接する内部圧電素子１２０の間、又は、外部圧電素子１１０と内部圧電素子１２０との間は、軸線の長方向のエッジに沿って、エッジストリップ１３０により接続して接着され、エッジストリップ１３０の軸方向の長さと外部圧電素子１１０及び内部圧電素子１２０の軸方向の長さとは、同じ又はほぼ同じである。
【００４８】
好ましくは、エッジストリップ１３０の材質は、高降伏強度や高せん断強度を有する高分子材料である。ポリカーボネート及び類似ポリマーを含むものの、これらに限定されない。ここで、留意すべき点は、エッジストリップ１３０は、選択的に使用してもよいことである
【００４９】
好ましくは、外部圧電素子１１０、内部圧電素子１２０、エッジストリップ１３０中のいずれかの両者の間は、導電性又は非導電性のエポキシ接着剤を使用して接着する。具体的には、図１又は図２に例示するように、隣接する外部圧電素子１１０を接続するエッジストリップ１３０の両側に、非導電性エポキシ接着剤が塗布されて、エッジストリップ１３０と外部圧電素子１１０との接着を実現する。隣接する内部圧電素子１２０を接続するエッジストリップ１３０は、断面が三角形であり、三角形の三辺にそれぞれ非導電性エポキシ接着剤が塗布されて、エッジストリップ１３０の三つの軸の長方向のエッジは、それぞれ二つの内部圧電素子１２０と１つの外部圧電素子１１０に接着できる。
【００５０】
好ましくは、外部圧電素子１１０及び内部圧電素子１２０は、[０１１]の厚さ方向に分極されたｄ３２の横方向モードの直六面体の単結晶であり、その[１００]結晶方向が、圧電アクチュエータ１００の軸方向に沿う。
【００５１】
好ましくは、外部圧電素子１１０及び内部圧電素子１２０は、[０１１]の厚さ方向に分極されたｄ３１の横方向モードの直六面体の単結晶であり、その[０-１１]結晶方向は、圧電アクチュエータ１００の軸方向に沿う。
【００５２】
好ましくは、外部圧電素子１１０及び内部圧電素子１２０は、リラクサタイプの固溶体単結晶であり、リラクサタイプの固溶体単結晶の成分は、亜鉛ニオブ酸鉛-チタン酸鉛[Ｐｂ（Ｚｎ１/３Ｎｂ２/３）Ｏ３-ＰｂＴｉＯ３]、マグネシウムニオブ酸鉛-チタン酸鉛[Ｐｂ（Ｍｇ１/３Ｎｂ２/３）Ｏ３-ＰｂＴｉＯ３]、マグネシウムニオブ酸鉛-チタン酸ジルコン酸鉛[Ｐｂ（Ｍｇ１/３Ｎｂ２/３）Ｏ３-ＰｂＺｒＯ３-ＰｂＴｉＯ３]、インジウムニオブ酸鉛-マグネシウムニオブ酸鉛-チタン酸鉛[Ｐｂ（Ｉｎ１/２Ｎｂ１/２）Ｏ３-Ｐｂ（Ｍｇ１/３Ｎｂ２/３）Ｏ３-ＰｂＴｉＯ３]又はその誘導成分を含んでいる。
【００５３】
好ましくは、圧電アクチュエータ１００は、ストレスロッド、皿ばね及びロックナットを備え、外部圧電アセンブリ及び内部圧電アセンブリが使用期間に予定の圧縮応力状態にあるようにするためのプレストレス機構をさらに備える。
【００５４】
好ましくは、圧電アクチュエータ１００は、機械適応性構造で構成されかつ圧電アクチュエータ１００のねじりを避けて圧電アクチュエータ１００が単に軸方向に沿って移動するようにするためのねじり防止機構をさらに備える。
【００５５】
［第２の実施例］
本実施例は、具体的に、ピストン２００、テールマスモジュール３００及び実施例１に記載された圧電アクチュエータ１００を備え、ピストン２００及びテールマスモジュール３００が圧電アクチュエータ１００の軸方向に沿ってそれぞれ圧電アクチュエータ１００の両端に接続されている水中音響トランスデューサを提供する。
【００５６】
本実施例により提供される水中音響トランスデューサの基本的な動作原理を簡単に説明すると、次の通りである。圧電素子の厚さにおける二つの電極面に加える発振電圧に応答して、圧電素子は、横方向モード素子に対して、活性の長方向に沿って共鳴発振する。圧電体の振動により、周囲の水が波動しながら能動素子の前記長方向で超音波放射を発生する。
【００５７】
本実施例の水中音響トランスデューサは、上述の実施例の圧電アクチュエータ１００を使用し、具体的に、圧電アクチュエータ１００は、外部圧電アセンブリ及び外部圧電アセンブリに内蔵される内部圧電アセンブリを備え、ここで、内部圧電アセンブリは、圧電効果を実現できると同時に支持機能を備え、曲げ強さ及び破損防止機能を向上させると同時に、圧電アクチュエータ１００の予定の発振と音響パワーの強さを増加することに有利である。
【００５８】
本発明の外部圧電アセンブリは、４つの外部圧電素子１１０を備え、四つの外部圧電素子１１０は、軸の長方向に沿って順に隣接され角パイプ構造を形成し、四つの外部圧電素子１１０は、サイズ一致の直六面体の圧電単結晶能動素子である。内部圧電アセンブリは、複数の内部圧電素子１２０を備え、内部圧電素子１２０はサイズ一致の直六面体の圧電単結晶能動素子である。内部圧電アセンブリの切り口、長さ（圧電アクチュエータ１００の軸方向）及び厚さ（圧電アクチュエータ１００の半径方向）は、外部圧電アセンブリと同じであるものの、幅が外部圧電アセンブリの幅より小さく、かつ内部圧電アセンブリの軸の長方向のエッジ又は外表面が外部圧電素子１１０の内表面に接続して接着されて、外部圧電アセンブリ及び内部圧電アセンブリの相互支持を実現することで、圧電アクチュエータ１００の全体的な曲げ強さ及び破損防止機能を向上させる。
【００５９】
［第３の実施例］
留意すべきものは、以下の実施例において、第１のアクチュエータは、上述の実施例の外部圧電アセンブリに相当し、補強構造は、上述の実施例の内部圧電アセンブリに相当することである。
【００６０】
アクチュエータ装置は、第１のアクチュエータ及び第１のアクチュエータに内蔵されている補強構造を備える。
【００６１】
第１の単結晶圧電素子（上述の実施例の外部圧電素子に相当する）は、軸の長方向のエッジ及び周長方向のエッジを備え、複数の単結晶圧電素子の軸の長方向のエッジは、順に隣接され閉鎖された多角形のパイプ構造を形成する。さらに、第１のアクチュエータは、４つの第１の単結晶圧電素子を備え、ここで、第１のアクチュエータは、４つの単結晶圧電素子が軸の長方向のエッジに沿って順に隣接され角パイプを構成することにより形成される。第１の単結晶圧電素子の曲げ強さをより強化するために、隣接する第１の単結晶圧電素子の間にエッジストリップを接着して、エッジストリップにより隣接する第１の単結晶圧電素子の軸の長方向のエッジが接続されるようにする。エッジストリップは、高強度の高分子材料で製造された接続部材であってもよく、さらに、エッジストリップを製造するための高分子材料は、ポリカーボネートであることが好ましい。
【００６２】
圧電補強構造は、第１のアクチュエータ内に設置され、支持部材の軸方向の長さは、第１のアクチュエータに一致し、軸方向の電気誘導変位が第１のアクチュエータの二つの軸方向端部に一致するように保持され、より優れた支持効果を発揮する。圧電補強構造は、第１のアクチュエータ内に配置可能な第２のアクチュエータ、又は単結晶圧電素子から構成される単結晶圧電素子ペア、又は第１のアクチュエータ内に配置されかつ第１のアクチュエータを支持可能な他の補強構造であってもよい。圧電補強構造の構成素子は、第１のアクチュエータを支持する前提に、アクチュエータ装置の超高圧電特性の確保可能な単結晶圧電素子であることが好ましい。
【００６３】
図１を参照すると、第２のアクチュエータは、複数の第２の単結晶圧電素子（上述の実施例の第２の内部圧電素子に相当）を備え、第２の単結晶圧電素子も横方向モードの矩形状の圧電単結晶であることが好ましく、第２の単結晶圧電素子は、第１の単結晶圧電素子と同じ材質の単結晶圧電素子であってもよく、第２の単結晶圧電素子の周長は、第１の単結晶圧電素子の周長さより小さい。複数の第２の単結晶圧電素子の軸の長方向のエッジは、順に隣接され閉鎖された多角形のパイプ構造を形成する。さらに、第２のアクチュエータは、４つの第１の単結晶圧電素子を備え、ここで、第２のアクチュエータは、４つの第２の単結晶圧電素子が軸の長方向のエッジに沿って順に隣接され角パイプを構成することにより形成される。好ましくは、エッジストリップは、隣接する二つの第２の単結晶圧電素子の間を接着してアクチュエータ装置の曲げ強さをより強化する。第２のアクチュエータと、第１のアクチュエータとの相対的な位置関係は、様々な可能性があり、第１のアクチュエータを安定的に支持可能な他の固定形態も、全部本実施例に適用することができる。
【００６４】
図２を参照すると、第２のアクチュエータの上端面は、第１のアクチュエータの対角線に平行するように設置され、お互いに隣接する二つの第２の単結晶圧電素子の接続軸の長方向のエッジは、第１のアクチュエータの一つの内表面の中心線に接合されて、上から観察すると、第２の単結晶圧電素子は、第１のアクチュエータの第１の単結晶圧電素子に軸方向補強を提供する以外に、対角トラスの支持を形成して、曲げ強さを向上させる。
【００６５】
図３を参照すると、第２のアクチュエータの第２の単結晶圧電素子の周長は、第１の単結晶圧電素子の周長より少々小さい。各第１の単結晶圧電素子の外側面は、一つの第１の単結晶圧電素子の内側面に接合される。第２のアクチュエータの四つの第２の単結晶圧電素子は、第１のアクチュエータの四つの第１の単結晶圧電素子に充分に接合され、ここで、上から観察すると、第２の単結晶圧電素子は、第１のアクチュエータの単結晶圧電素子に軸方向補強を提供する以外に、対角トラスの支持をさらに形成して、曲げ強さを改善するようにする。
【００６６】
図４に示すように、上述の実施例に基づいて、アクチュエータ装置は、第３のアクチュエータをさらに備えてもよく、第３のアクチュエータ（図４の最内側フレーム）、第２のアクチュエータ（図４の中間フレーム）及び第１のアクチュエータ（図４の最外側のフレーム）は、全部同じ構造や材質であってもよく、サイズが順に減少するアクチュエータであってもよい。第３のアクチュエータは、第３の単結晶圧電素子を備え、第３の単結晶圧電素子も横方向モードの矩形状の圧電単結晶であることが好ましく、第３の単結晶圧電素子の軸方向の長さは、第１の単結晶圧電素子及び第２の単結晶圧電素子の軸方向の長さにいずれも一致して、第１の単結晶圧電素子の周長、第２の単結晶圧電素子の周長及び第３の単結晶圧電素子の周長が順に減少する。第３のアクチュエータ、第２のアクチュエータと、第１のアクチュエータとの間の相対的な位置関係は、上述の二つの形態を組み合わせてもよい。図示されたように、第２のアクチュエータの上端面が第１のアクチュエータの上端面に平行するように設置して、第３のアクチュエータの上端面が第２のアクチュエータの対角線に平行するように設置する。勿論、第２のアクチュエータの上端面が第１のアクチュエータの対角線に平行するように設置して、第３のアクチュエータの上端面が第２のアクチュエータの対角線に平行するように設置してもよい。内層、外層アクチュエータとの間が互いに入れ子に支持できる他の構造であれば、いずれも本実施例に適用することができる。
【００６７】
図５乃至図７において、本実施例により提供されるアクチュエータ装置が示されており、アクチュエータ装置は、第１のアクチュエータ及び第１のアクチュエータ内に設置されている補強構造を備える。上述の実施例との相違点は、圧電補強は、第１のアクチュエータ内に設置され、第１のアクチュエータを安定的に支持するための一対の簡単な単結晶圧電素子により実現することである。
【００６８】
前記一対の単結晶圧電素子は、互いに逆方向に設置される二つの第２の単結晶圧電素子を備え、第２の単結晶圧電素子は、上述の実施例により提供される単結晶圧電素子と同じで、好ましくは、前記単結晶圧電素子ペアの二つの第２の単結晶圧電素子が平行に設置される。少なくとも一つの単結晶圧電素子ペアと、第１のアクチュエータとの間の相対位置関係は、様々な形態があり、下述の実施例に記載される三つのことを含むものの、これらに限定されない。
【００６９】
図５に示すように、第２の単結晶圧電素子の周長は、第１の単結晶圧電素子の周長より少し小さく、単結晶圧電素子ペアの二つの第２の単結晶圧電素子は、いずれも第１のアクチュエータの一つの上端面に平行すように設置される。さらに、より安定的な支持効果を実現するためには、単結晶圧電素子ペアの中心を第１のアクチュエータの中心に一致して、第１のアクチュエータと単結晶圧電素子ペアが一つの水平面に安定的に位置するようにする。
【００７０】
図６に示すように、第２の単結晶圧電素子の周長は、第１の単結晶圧電素子の周長より小さく、単結晶圧電素子ペアの二つの第２の単結晶圧電素子は、いずれも第１のアクチュエータの対角線に平行するように設置される。さらに、より安定的な支持効果を実現するためには、単結晶圧電素子ペアの中心を第１のアクチュエータの中心に一致して、第１のアクチュエータと単結晶圧電素子ペアが一つの水平面に安定的に位置するようにする。
【００７１】
図７に示すように、第２の単結晶圧電素子の周長は、第１の単結晶圧電素子の周長より小さく、単結晶圧電素子ペアの数量は二つであることが好ましく、各単結晶圧電素子ペアの上端面はそれぞれ第１のアクチュエータの一つの対角線に平行するように設置する。さらに、より安定的な支持効果を実現するためには、二つの単結晶圧電素子ペアの中心をいずれも第１のアクチュエータの中心に一致して、第１のアクチュエータと二つの単結晶圧電素子ペアが全部同一の水平面に安定的に位置するようにする。
【００７２】
上述の実施例に基づいて、第１の単結晶圧電素子と第２の単結晶圧電素子の軸方向における接触位置に、高分子材料で製造されたエッジストリップを接着してもよく、これによって第１のアクチュエータの第１の単結晶圧電素子の軸方向の曲げ強さがより向上される。
【００７３】
上述の本発明の実施例により提供されるアクチュエータ装置において、アクチュエータ装置における第１のアクチュエータを軸方向に支持するための圧電補強構造は、二つの互いに逆方向に設置されている第２の単結晶圧電素子を備える少なくとも一つの単結晶圧電素子ペアであることが好ましく、ある程度まで圧電補強構造に用いられる単結晶材料の体積を削減し、アクチュエータ装置のコストを削減するとともに、アクチュエータ装置の第１の単結晶圧電素子の十分な軸方向内曲げ力を提供した。
【００７４】
［第４の実施例］
本発明の実施例は、上述の実施例により提供されるアクチュエータ装置の製造方法を提供する。方法は、主に次のようなステップを含む。
【００７５】
ステップＳ１において、複数の第１の単結晶圧電素子の軸の長方向のエッジを順に接続して、閉鎖された多角形のパイプ構造の第１のアクチュエータを形成する。
【００７６】
第１の単結晶圧電素子は、軸の長方向のエッジ及び周方向の長方向のエッジを備え、複数の第１の単結晶圧電素子の軸の長方向のエッジが順に隣接されて閉鎖された多角形のパイプ構造を形成する。さらに、第１のアクチュエータは、４つの第１の単結晶圧電素子を備え、かつ四つの第２の単結晶圧電素子を軸の長方向のエッジに沿って順に隣接して角パイプ構造を形成する。
【００７７】
ステップＳ２において、第１のアクチュエータを支持するように、圧電補強構造を第１のアクチュエータ内に配置する。ここで、前記補強構造は、第１のアクチュエータの軸方向の長さに一致する単結晶圧電素子で製造される。
【００７８】
圧電補強構造は、第１のアクチュエータ内に設置され、補強構造は、第１のアクチュエータの軸方向の長さに一致する単結晶圧電素子で製造されて、より優れた支持効果を実現する。圧電補強構造は、第１のアクチュエータ内に配置可能な第２のアクチュエータ、又は単一の単結晶圧電素子から構成される単結晶圧電素子ペア、又は第１のアクチュエータ内に配置されかつ第１のアクチュエータを支持可能な他の補強構造であってもよい。補強構造の構成素子は、第１のアクチュエータを支持する前提に、アクチュエータ装置の超高圧電特性を確保可能な単結晶圧電素子であることが好ましい。
【００７９】
［産業上の利用可能性］
本発明は、圧電アクチュエータの全体的な曲げ強さ及び破損防止機能を大幅に向上させ、産業上の利用可能性を有している。
【図１】
2019535127.tif 000003
【図２】
2019535127.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
2019535127.tif 000011
2019535127.tif 000012
2019535127.tif 000013