JPH02155479A - 電界誘起歪みを用いたアクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の灰する分野） 本発明は圧電素子・電歪素子を用いたアクチュエータに
関する。

（従来の技術） 圧電素子・電歪素子を用いたアクチュエータとしてはり
ニアモータが知られている。例えば被動軸を圧電素子に
よって直進駆動する装置としてインチワームがある。イ
ンチワームは被動軸に複数の圧電シリンダーを嵌装し、
前記圧電シリンダーに電歪作用を生じさせる電圧を位相
をずらして印加することにより圧電シリンダーを伸縮運
動を発生させることにより被動軸を前進、後退させるも
のである。

疎化出版（株）発行（１９８６年７月１日第１版発行）
の圧電／電歪アクチュエーター基礎から応用まで−（著
者　内野研二）１０４頁にはフライトアクチュエータの
原理図として第８図に示す図が記載されている。第８図
に示すフライトアクチュエータは圧電アクチュエータ１
の上に波動体のスチールボール２を載せ、圧電アクチュ
エータｌに電圧を印加させて圧電アクチュエータの電歪
作用によってスチールボール２を飛ばすようにしたもの
である。

（従来技術の問題点） 従来多く知られている圧電素子を用いたアクチュエータ
は圧電素子への電圧印加による電歪作用を生じさせて素
子の変形、変位又は被動体の駆動を行わせるものである
が、被動体の移動量又は被動体の移動位置の制御は行う
ことは出来ない。そのため、圧電素子型アクチュエータ
を駆動手段として用いる場合に被動体の移動制御が困難
となり、特に波動体の往復反復移動を必要とする駆動手
段、例えばモータ等の駆動源としては不適当であった。

（発明の課題） 本゛発明は圧電／電歪素子で波動体を駆動するアクチュ
エータであって被動体の移動停止を行うことができるア
クチュエータを提案する。

特に本発明は圧［／電歪素子の電歪作用によって被動体
を駆動し、該被動体の駆動力を他の装置に伝達して該他
の装置を駆動することのできるアクチュエータを提案す
る。

特に本発明に係るアクチュエータの更なる課題はカメラ
のシャッターの駆動源又はカメラの絞り装置の駆動源と
しての応用展開を可能とするアクチュエータを提案する
。

更に本発明は第１・第２の電歪素子を用いて飛翔体の飛
翔と停止を制御し、飛翔体の飛翔運動をアクチュエータ
の起動エネルギーと成す新規なアクチュエータを提案す
る。

更に本発明は電歪素子の電歪作用時に発する発音を防止
し得るアクチュエータを提案する。

（発明の課題解決のための手段） 本発明は第１の電歪素子に第２の電歪素子を接触させ、
前記第２の電歪素子をガイド部材によってガイドさせる
とともに前記第１・第２Ｗｓ歪素子にそれぞれ電圧を印
加するように構成する。

（発明の作用） 前記第１の電歪素子に電歪作用を発生させる電圧を印加
して該第１電歪素子の電歪作用によって第２の電歪素子
を第１の電歪素子との接触位置から飛翔運動によって移
動させて、該第２の電歪素子を被動体と成し、その後に
、前記第２の電歪素子に該第２電歪素子の移動を係止す
るように該第２の電歪素子に電圧を印加する。

（発明の詳細な説明） 第１図乃至第４図は本発明の第１の実施例を示す。

図において、符号４Ａは基板であり、該基板４Ａの上に
第１の電歪素子６を固定する。該第１の電歪素子６は第
２図に示すように、焼結したセラミックス６ａ　１　、
６ａ、２・・・を切断・研磨して薄板状に加工し、これ
に内部電極６ｂ、、６ｂ２・・・を固着した後に各セラ
ミックス６ａｌ、　６ａ２・・・を積層接着し、次に外
部電極６ｃｌ、６ｃ２を固定する。第１図Ａに示す第１
の電歪素子６は模式的にブロック化して示しである。

符号８は第２の電歪素子を示し、該第２の電歪素子８は
前記第１の電歪素子の上部に後述附勢部材！０に附勢さ
れて接触を保って置かれている。

前記第２の電歪素子８は第３図Ａに示すようにリング状
の保持部材１０と、該リング状保持部材１゜の中央貫通
孔の内周に接するように配した４つの電歪部材１２Ａ　
、　−１２Ａ　４から成る。前記電歪部材１２Ａ　、〜
１２Ａ　、の構造は第３図Ｂに示すように、焼結した円
弧状のセラミックスを薄板状に加工し、各薄板セラミッ
クスに内部電極１２ａ　１　、　１２ａ　２・・・を固
着し、前記各セラミックスを第３図Ｂに示すように円弧
状に積層し、その後、側面に外部電極１２ｂ　、、１２
ｂ　２を固着する。

第３図Ｂの様に構成した円弧型電歪部材１２Ａ　。

〜１２Ａ４を前記リング状保持部材ＩＯの平面に、保持
部材１０と電歪部材の円弧面が合致するように固着して
第２電歪素子ｌＯを構成する。

１４は前記第２電歪素子ｌＯをガイドするガイド部材と
しての軸部材であり、該軸部材１４の一端側は前記第１
の電歪素子６の上部表面と固定しており、前記第２の電
歪素子ｌＯは該軸部材１４に嵌装している。

符号１６は前記第２電歪素子８を前記第１の電歪素子６
に圧接させる附勢部材であり、該附勢部材１６はスパイ
ラルコイルと成し、前記軸部材１４に嵌装する。

前記軸部材１４の他端側は前記第１の基板４Ａと一定の
距離を保って固定された第２の基台４Ｂに取り付けられ
ている。１８は第１の電歪素子６を作動する第１の回路
であり、該第１の回路１８はアクチュエータ駆動手段２
０からの起動信号Ｓ１を受けて、前記外部電極６ｃＩと
６Ｃ２に所定電圧を印加する。

２２は前記第２の電歪素子８を作動する第２の回路であ
り、該第２の回路２２は前記アクチュエータ駆動手段２
０からの制動信号Ｓ２を受けて第３図に示すように第２
電歪素子の前記円弧型電歪部材の各外部電極に所定の制
動電圧を印加する。前記第２電歪素子の前記各円弧型電
歪部材１２Ａ　、〜１２Ａ　２の円弧側面の外部電極１
２ｂ、、　１２ｂ２・・・はそれぞれ結線によって前記
第２の回路２２に接続している。

次に第１囚人に示したアクチュエータの作動について述
べる。第１図Ａに示したアクチュエータをカメラの絞り
装置の駆動手段として適用する場合を例にして説明する
。

前記アクチュエータ駆動手段２０は不図示のカメラの絞
り制御手段２４と接続している。絞り制御手段２４から
の絞り駆動信号Ｓ３によってアクチュエータ駆動手段２
０は前記第１の回路１８に第１の電歪素子６の作動信号
を出力し、これにより第１の回路１８から第１の電歪素
子６の外部電極６ｃ１゜６ｃ２に電圧を印加する。この
第１の電歪素子への電圧印加により第１電歪素子６は矢
印Ａ方向に電歪変形を生じる。

第４図は第１の基板４Ａに固定された第１の電歪素子６
の変形状態を模式的に示す。１ｍｍの厚さのＰＺＴ系板
材を１００枚ｍ層し、印加電圧を１．６ＫＶｏｌｔにす
ると約１００μｍの変位を生ずる。前記電圧印加による
第１電歪素子６の変位にともなって第１電歪素子６には
高圧力の押圧力が発生し、この押圧力により第２の電歪
素子８は前記付勢部材１６の付勢力に抗して第１図Ｂに
示す如（第１電歪素子との接触を離れて飛翔するように
放出される。第１図Ｂは第２の電歪素子８の飛翔状態を
理解しやすくするために飛翔距離Ｈを誇張して示しであ
る。第１の電歪素子との接触位置から飛翔した第２の電
歪素子８は前記軸部材１４にガイドされて軸に治って移
動する。第２の電歪素子８のリング状保持部材ｌＯを不
図示の絞り装置に連結することにより絞り装置を駆動す
る。前述のように第１電歪素子の電歪作用によって第２
の電歪素子８が第１図Ｂのように飛翔後、前記アクチュ
エータ駆動手段２０から第２の回路２２に作動信号が出
され、それに従って第２の回路２２から第２の電歪素子
８に電圧が印加される。この第２電歪素子への印加は第
３図Ａに示すように、円弧型電歪部材の各外部電極に印
加する。そのため図示４個の円弧型電歪部材１２Ａ１〜
１２Δ４は径方向に変位し、その結果、４個の円弧型電
歪部材の変位によって軸゛部材、１４の外周に圧接作用
が生じ軸部材上を摺動している第２の電歪素子８は制動
力を受けて軸部材１４の飛翔位置に締め付は固定されて
第１図Ｂの状態を保持する。第２の電歪素子８が第１図
Ａに示す位置から第１図Ｂに示す位置に移動するに応じ
て該第２ｍ歪素子に連結した絞り装置２６も作動し、第
２の電歪素子の第１図Ｂに示す停止位置の移動ｆｉＨに
応じた絞りの値に絞り装ｃ２６を作動することになり、
この第１図Ｂの位置に絞り値は保持される。

第１の回路１８から第１の電歪素子６に印加する電圧の
印加時間は数十μ秒等の非常に短時間であり、印加終了
後は第１電歪素子の変位は元に戻る。

第２回路２２からの第２の電歪素子８への印加時間は、
絞り装（ｆ２６が所定の絞り値を保持し、不図示のシャ
ッター作動により被写体情報を露出制御し終るまでの間
である。露出終了後、絞り制御手段２４から終了信号Ｓ
４がアクチュエータ駆動手段２０に入力しする。その後
、アクチュエータ駆動手段２０から第２の回路２２へ電
圧解除信号が出力し、これを受けて第２の電歪素子８へ
の電圧印加が解除される。第２電歪素子への電圧印加が
解除されると円弧型電歪部材の変位は元の形状に復し、
これによって軸部材への制動力が解除され、第２の電歪
素子８は前記付勢部材１６の付勢力によって下降されて
第１図Ａの元の位置に戻ることになる。この第２の電歪
素子８の復帰動作に応じて絞り装置２６も元の絞りの状
態に戻る。

第１図Ｃ・第１図りは前記実施例の変形例を示す。

第１図Ａに示す装置において第１の電歪素子６に電圧を
印加させて第２の電歪素子８を飛翔させる際に音を発す
る。この音は第１の電歪素子の電歪作用により第１の電
歪素子自体から発音していることが判明した。

そして第１図Ａに示す装置をアクチュエータとしてカメ
ラ等の製品に組み込む場合この発音は好ましくない。

本発明者等は第１図Ｃに示すように第１電歪素子６の外
部表面の前記第２電歪素子８と接触する表面以外の表面
をエポキシ系樹脂材料６ｅで遮蔽することにより前記音
の遮音効果を上げることができた。

第１図りは第２電歪素子の飛翔距離を増加させる例を示
す。本例は第１電歪素子と第２ｇ歪素子との間に中間部
材７を介挿する。中間部材７の材料として前記第１・第
２の電歪素子の弾性係数より大きな弾性係数を有する材
料、例えば石英、シリコンナイトライド（ＳｉＮ）、シ
リコンカーバイト（ＳｉＣ）等から作り、該中間部材７
を示し、第２電歪素子の間に介挿することにより第２の
電歪素子の飛翔距離を増加することができる。

第５図は前記第１図Ａ乃至第４図に示した実施例の変形
例を示す。第５図の実施例は第２の電歪素子８の変形で
ある。第２の電歪素子２８は金属製円筒部材２８Ａと該
円筒部材の内周に固設した円弧型電歪部材２８Ｂから成
り、円弧型電歪部材２８Ｂはバイモルフ変位素子の構造
とし、基本的には長さ方向に伸縮する圧電板を２枚貼り
合わせ、全体として電圧印加によって屈曲変位を起こす
ようにしたものであり、この屈曲変位によって前記軸部
材への制動と固定保持を行うようにする。

第５図の他の部材の構成及び作用は第１図Ａ−Ｂの部材
の構成及び作用と同じであるので説明を省く。

第６図は本発明の第２の実施例を示す。

図において３０は基板、３２は前記基板３ｏ上に固定し
た第１の電歪素子である。該第１の電歪素子３２の構造
は第１実施例で説明した第２の構造と同じである。

３４は下部が中空部３４Ａとなった保持部材であり、該
保持部材３４は中心に貫通孔３４Ｂを設けである。

３６は前記貫通孔３４Ｂ内に入れ第１電歪素子３２上に
置いた金属製ボールである。前記第１電歪素子３２の上
面と前記保持部材３４の下端面３４Ｄとは前記第１電歪
素子３２の変形を許容する空隙ｄを設ける。

３８は前記ボール３６の上に置いた金属製棒部材からな
る飛翔体である。

４０は制動用の第２の電歪素子である、該電歪素子４０
は第７図に示すように、電歪材料のセラミックスをリン
グ状薄板４０Ａに焼結成形し、その表面に２本の放射電
極４０Ｂ・４０Ｇを設け、この放射電極４０Ｂからリン
グ表面上に時計回り方向に複数の円環電極４０ｂ　、、
４０ｂ　２・・・を設け、又他方の放射電極４０Ｃから
反時計回り方向に前記円環電極４０ｂ　、、４０ｂ　２
・・・と交互に複数の円環電極４０ｃ　Ｈ。

４０ｃ　２・・・を形成する。

第７図に示したリング状薄板４０Ａを複数枚積層固着す
る。積層した各薄板４０Ａを円筒型又は管型の形状に成
し、各薄板４０Ａの放射電極４０Ｂ・４０Ｃはｎ部外周
に設けた不図示の外部電極にそれぞれ接続する。

前述のように円筒型に形成した第２の電歪素子４０は外
部電極に電圧を印加すると円筒内径が収縮する方向に形
状変形を起こす。第２の電歪素子４０は前記棒部材３８
に嵌装し、前記保持部材３４Ｃの貫通孔３４Ｂの内周壁
に設けた不図示の保持部に固定する。４００は前記第２
の電歪素子４０の不図示の前記外部電極に接続した信号
線である。

符号４２・４４はそれぞれ前記第１の電歪素子３２及び
第２の電歪素子４０に電圧を印加する第１・第２の回路
を示し、該第１・第２の回路は制御手段４６によって電
圧及び電圧印加タイミングを制御される。４８は前記飛
翔体３８の一端を附勢する部材である。

前述のように構成した本実施例の作動について説明する
。

前記制御手段４６からの信号によって第１の回路４２か
ら第１電歪素子３２に電圧が印加され、第２の電歪素子
は電歪作用を起こし、これによりボール３６は前記貫通
孔３４Ｂ内の上部に向けて飛ばされる。

このボール３６の飛翔によって前記飛翔体３８は前記附
勢部材の附勢に抗して貫通孔内を飛翔する。

前記第１の回路４２への印加の後、前記制御手段４６か
ら第２の回路４４に制動信号を出力し、これによって第
２回路４４から前述した円筒型第２電歪素子の不図示外
部電極を経て各薄板４０Ａのそれぞれの円環電極４０ｂ
　、・４０ｂ２・・・、４０ｃｌ・４０ｃ２・・・に電
圧が印加される。そのため円筒型の第２の　電歪素子４
０は全体として円筒内径が収縮する作用を起こし、円筒
内径内を飛翔している飛翔体３８に制動力を作用させて
飛翔を停止させる。

（発明の効果） 本発明は第１の電歪素子と第２の電歪素子を有し、第１
の電歪素子への印加により第１の電歪素子の電歪作用を
起こさせ、これにより第２の電歪素子を飛翔・放出し、
この第２の電歪素子の飛翔運動をシャッター、絞り装置
等を作動する駆動エネルギーと成し、更に、第２の電歪
素子に印加して第２の電歪素子の電歪作用を制動に用い
たものである。

本発明に依ればμｓｅｃの時間単位での作動・制御を行
うことができ、又、第１電歪素子は素子の新規材料の採
用やセラミックス積層のための研磨技術、薄板化切断技
術の新しい技術の採用により一層の積層化と、変位反撥
力の向上が期待できるので素子の小型と、第２電歪素子
の飛翔力の向上、飛翔距離の拡大を可能とし、装置全体
の小型化・大出力化により前述例示したカメラ用だけで
なく種々の駆動用アクチュエータとして使用することが
できる。

更に本発明は第１図Ｃに示すように第１の電歪素子を遮
音材で包むことにより音を防ぐことができ、実際の製品
への組み込みに適用できるアクチュエータを提供できた
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のアクチュエータの実施例を説明する図
であり、第１図Ａはアクチュエータ作動前を示す図、 第１図Ｂはアクチュエータ作動状態を示す図、第１図Ｃ
１第１図りは本発明の詳細な説明図、第２図は第１の電
歪素子の構成説明図、第３図Ａ１第３図Ｂは第２の電歪
素子の説明図、第４図は第１電歪素子の作動説明図、 第５図は第１の実施例の変形を示す図、第６図は第２の
実施例の説明図、 第７図は第２の電歪素子の説明図、 第８図は従来技術の説明図。 ４Ａ・４Ｂ・・・基板、　　　　　６・・・第１の電歪
素子８・・・第２の電歪素子、　　　１４・・・ガイド
部材１６・・・附勢部材。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）　第１の電歪素子に第２の電歪素子を接触させ、
   前期第２の電歪素子をガイド部材によってガイドさせ、
   前記第１の電歪素子に電圧を印加させて該第１の電歪素
   子の電歪作用によって前記第２の電歪素子を接触位置か
   ら放出させ、前記第１の電歪素子への電圧印加後に前記
   第２の電歪素子に電圧を印加して前記第２の電歪素子を
   前記接触位置から離れた位置に保持するようにしたこと
   を特徴とする電界誘起歪みを用いたアクチユエータ。
2. （２）　前記ガイド部材は軸部材であり、前記第２の電
   歪素子に前記軸部材は嵌装したリング状素子と成し、前
   記リング状素子に前記電圧印加によってラジアル方向へ
   歪変化を発生するようにしたことを特徴とする特許請求
   の範囲第（１）項記載の電界誘起歪みを用いたアクチユ
   エータ。
3. （３）　前記第１の電歪素子と第２の電歪素子の間に前
   記第１・第２電歪素子の弾性係数より大きい弾性係数を
   有する中間部材を介挿したことを特徴とする特許請求の
   範囲第（１）項記載の電界誘起歪みを用いたアクチユエ
   ータ。
4. （４）　前記第１の電歪素子の外部表面であって前記第
   ２の電歪素子と接触する面以外の表面を遮音材で遮蔽し
   たことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の電
   界誘起歪みを用いたアクチユエータ。
5. （５）　飛翔性と、前記飛翔体を飛翔させる第１の電歪
   素子と、前記飛翔体を停止する第２の電歪素子を有する
   ことを特徴とする電界誘起歪みを用いたアクチユエータ
   。