積層圧電アクチュエータ
積層圧電アクチュエータ：トーキン製
標準品一覧
圧電セラミック素子には多成分固溶体セラミックスを用いており、圧電縦効果を利用して電気エネルギーを変位や力などの機械的エネルギーに変換するセラミック素子です。この樹脂外装型シリーズは、各種装置の精密微細位置決め機構や駆動源として使用されています。
| 製品名 | 静電容量 [µF] | 共振周波数 [kHz] | 絶縁抵抗 [MΩ] | 発生力 [N] | 断面 [mm] | 全長 [mm] | 発生変位 150VDC [µm] | 剛性 [N/µm] | 質量 [g] | 価格 [円] |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| AE0203D04DF | 0.09 | 261 | 100.0 | 200 | 2 x 3 | 5 | 4.6 ±1.5 | 43.5 | 0.4 | 7,524 |
| AE0203D08DF | 0.18 | 138 | 100.0 | 200 | 2 x 3 | 10 | 9.1 ±1.5 | 22 | 0.8 | 8,448 |
| AE0203D16DF | 0.35 | 69 | 50.0 | 200 | 2 x 3 | 20 | 17.4 ±2.0 | 11.5 | 1.6 | 10,032 |
| AE0203D44H40DF | 0.82 | 34 | 20.0 | 200 | 2 x 3 | 40 | 42.0 ±6.6 | 47.6 | 2.5 | 21,560 |
| AE0505D08DF | 0.75 | 138 | 50.0 | 850 | 5 x 5 | 10 | 9.1 ±1.5 | 93.4 | 2.6 | 20,190 |
| AE0505D16DF | 1.40 | 69 | 10.0 | 850 | 5 x 5 | 20 | 17.4 ±2.0 | 48.9 | 5.2 | 21,640 |
| AE0505D44H40DF | 3.40 | 34 | 5.0 | 850 | 5 x 5 | 40 | 42.0 ±6.6 | 20.2 | 11 | 41,750 |
| AE1010D16DF | 5.40 | 69 | 5.0 | 3,500 | 10 x 10 | 20 | 18.4 ±3.5 | 190.2 | 20 | 66,610 |
| AE1010D44H40DF | 13.6 | 34 | 2.0 | 3,500 | 10 x 10 | 40 | 42.0 ±6.6 | 83.3 | 36 | 123,063 |
| AE1414D16DF | 10.80 | 69 | 2.0 | 7,000 | 14 x 14 | 20 | 18.4 ±3.5 | 380.4 | 38 | 132,000 |
| AE2525D15DF | 30.50 | 69 | 0.4 | 20,000 | 25 x 25 | 20 | 15.6 ±2.0 | 1,282 | 105 | 198,000 |
| AE1010D08H09DF | 2.90 | 152 | 10.0 | 3,500 | 10 x 10 | 9 | 9.0 ±2.0 | 388.9 | 9 | 53,830 |
| AE1010D18H18DF | 6.60 | 76 | 5.0 | 3,500 | 10 x 10 | 18 | 20.0 ±3.5 | 175 | 19 | 66,800 |
| AE1020D44H40DF | 27.2 | 34 | ― | ― | ― | ― | 42.0 ±6.6 | ― | ― | 221,760 |
| AH10x12.5D50H40DF | 27 | 34 | ― | ― | ― | ― | 48.5 ±6.6 | ― | ― | 253,440 |
特徴・用途
特徴
- 高速応答
- 電気エネルギーから機械エネルギーへの変換効率が高い（約60%）
- 単位体積あたりの発生機械エネルギーが大きい（1cm³あたり約20mJ）
- 大きな発生力（断面積1cm²あたり約3,500N）
- 変位拡大機構のエネルギー源として最適
- ナノメートルオーダーの位置決めが可能
- 低消費電力（保持時は漏れ電流のみ、100µA以下）
用途
精密微細位置決め、光学装置のオートフォーカス、ポンプ、バルブ、加震、制震、荷重センサー、デジタルカメラの手ぶれ防止、ミラー・プリズム等の光学系位置制御、マニピュレーター、モーター、プリンター など。
寸法・性能
| 製品名 | H | W1 | W2 | W3 | T1 | T2 | L | φd | φD |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| AE0203D04DF | 5 ±0.1 | 3 ±0.1 | 3.4最大 | 5.5最大 | 2 ±0.1 | 2.4最大 | 100 | 0.3 | 0.5 |
| AE0203D08DF | 10 ±0.1 | ― | ― | ― | ― | ― | ― | ― | ― |
| AE0203D16DF | 20 ±0.1 | ― | ― | ― | ― | ― | ― | ― | ― |
| AE0203D44H40DF | 40 ±0.1 | ― | ― | ― | ― | ― | ― | ― | ― |
| AE0505D08DF | 10 ±0.1 | 5 ±0.1 | 5.4最大 | 7.5最大 | 5 ±0.1 | 5.4最大 | ― | ― | ― |
| AE0505D16DF | 20 ±0.1 | ― | ― | ― | ― | ― | ― | 0.5 | 0.8 |
| AE0505D44H40DF | 40 ±0.1 | ― | ― | ― | ― | ― | ― | ― | ― |
| AE1010D16DF | 20 ±0.1 | 10 ±0.1 | 10.4最大 | 12.5最大 | 10 ±0.1 | 10.4最大 | ― | ― | ― |
| AE1010D44H40DF | 40 ±0.1 | ― | ― | ― | ― | ― | ― | ― | ― |
| AE1414D16DF | 20 ±0.1 | 14.2 ±0.1 | 14.6最大 | 16.7最大 | 14.2 ±0.1 | 14.6最大 | ― | ― | ― |
| AE2525D15DF | 20 ±0.1 | 25.1 ±0.1 | 25.5最大 | 27.6最大 | 25.1 ±0.1 | 25.5最大 | ― | ― | ― |
| AE1020D44H40DF | 40 ±0.1 | 20 ±0.1 | 20.4最大 | 22.5最大 | 10 ±0.1 | 10.4最大 | ― | ― | ― |
| AH10x12.5D50H40DF | 40 ±0.1 | 12.5 ±0.1 | 12.9最大 | 15.0最大 | 10 ±0.1 | 10.4最大 | ― | ― | ― |
性能
| 項目 | 規格 | 条件 |
|---|---|---|
| 使用温度 | -25 to +85 ℃ | 直流電圧印加時は周囲温度。交流電圧駆動時は周囲温度＋発熱温度。 |
| 推奨保管条件 | -5〜+40℃、40%RH以下 | 常温・結露のない環境で保管してください。 |
| 誘電正接 | 5%以下 | ― |
| 引張強度 | 発生力の1/10 | ― |
| 温度サイクル試験 | 発生変位：初期値の±20%以内／静電容量：初期値の±30%以内／誘電正接：初期定格値以下／絶縁抵抗：1MΩ以上／外観：著しい異常のないこと | 常温3分 → -25℃ 30分 → 常温3分 → +85℃ 30分 を1サイクルとし、10サイクル繰り返し。 |
特性データ
出典：トーキン社カタログ「積層圧電アクチュエータ」
信頼性について
積層圧電アクチュエータの主な故障モードは、絶縁性低下によるショートモードです。印加電圧ならびに環境温度に加え、湿度の影響を大きく受けることが確認されています。トーキン社では、静的使用における信頼性を MTTF［mean time to failure：故障に至る平均時間］という指標で表しています。以下は、現時点で得られているデータと考え方を記載したものです。
DC 直流電圧印加時
加速された条件下で観測された MTTFs を基準値とし、次の（1）式を用いて実使用環境下での MTTFr を推定します。
パルス電圧印加時
パルス駆動しますと、セラミックの誘電損失により発熱し温度が上昇します。そのため湿度の影響を受けにくくなり、寿命が大幅に伸びることが確認されています。この効果は素子形状・パルス波形・周波数により左右されるため、現時点では直流電圧印加の場合のように数式で算出することはできません。トーキンの AE0203D08 では、0〜150V の矩形波を500Hzで印加した場合、500時間後（9億回相当）においても故障は発生しませんでした。
素子の固定方法や電圧の立ち上がり速度によるリンギング現象により、物理的な破損を生じる場合があります。
使用ガイド
- 本製品は樹脂外装型です。信頼性の低下を防ぐため、素手での取り扱いや振動のある場所での保管は避け、常温（-5〜+40℃）かつ乾燥した環境（40%RH以下）で保管してください。表面に結露させないでください。
- 素子の変位発生軸と荷重の中心軸を合わせ、その軸が取り付け面に対して垂直になるよう取り付けてください。
- 本製品およびリード線に、曲げ・ねじり・引っ張りの力が加わらないようご注意ください。衝撃も避けてください。
- 100℃以上になった場合、または3か月以上保管した場合は、下図の回路・条件で再分極処理を行ってください。
- 接着には高剛性のエポキシ系接着剤を用い、できるだけ薄く塗布してください。側面に接着剤が回り込まないようにしてください。
- 熱硬化性樹脂を使用した場合は、接着剤の硬化後に再度分極処理を行ってください。
ねじり・引っ張りの許容値
| ねじり力 | 3 x 10-1 N·m 以下 |
| 引張り | 50N 以下 |
駆動方法・発生力と荷重の関係
接続
赤のリード線を電源のプラス側に接続してください。逆電圧は決して印加しないでください。
注意事項
発生変位と発生力は印加電圧によって決まります。素子自身の共振によるリンギングとヒステリシスを考慮し、立ち上がり時間が共振周期の3倍以上となるよう駆動してください。これを下回るとリンギングにより破損する場合があります。
