JPH04222473A - アクチュエータの制御方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はアクチュエータの制御方
法に関し、一層詳細には圧電素子の変位力を効果的に利
用して移動体を駆動するようにしたアクチュエータの制
御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から各種機械における移動体の搬送
等には油圧、空気圧等の流体圧を利用したアクチュエー
タが広汎に用いられている。この種のアクチュエータは
比較的大きな力とストロークとを生み出すために駆動系
には必要不可欠である。一方、従来からこの種のアクチ
ュエータは流体を利用するために精度の高い制御が困難
であるとの問題がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、近年、圧電
素子（ピエゾ）が注目されるに至っている。すなわち、
圧電素子の変位力はある種の結晶体または焼結体に電界
を加えた時歪みが生じることによって得られ、従って、
この変位力を利用して移動体を駆動すれば、電界に基づ
く駆動であるために制御しやすくその精度も高い等の効
果を生ずる。

【０００４】そこで、本発明は複合系の圧電セラミック
スの発明等近年における圧電素子の目覚ましい性能向上
に着目してなされたもので、圧電素子の変位力を効果的
に利用して移動体を駆動するようにした新規なアクチュ
エータの制御方法を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明は、所定方向に配列された複数の圧電素子
ユニットを有し、前記夫々の圧電素子ユニットの第１の
圧電素子積層体とこれに偏位して配設された第２の圧電
素子積層体とに電圧を印加して移動部材を変位させるア
クチュエータの制御方法であって、第１の圧電素子ユニ
ットの第１圧電素子積層体に電圧を印加し、次いで、第
２の圧電素子ユニットの第１圧電素子積層体に電圧を印
加する前に前記第１圧電素子ユニットの第２圧電素子積
層体に電圧を印加し、次いで前記第１圧電素子ユニット
に隣接する第２の圧電素子ユニットの第１圧電素子積層
体に電圧を印加し、前記第１圧電素子ユニットの第１圧
電素子積層体に対する電圧の印加を解除し、これを繰り
返し行うことにより移動部材を変位させることを特徴と
する。

【０００６】

【作用】本発明方法では、圧電素子ユニットの第１の圧
電素子積層体を駆動して移動部材に前記圧電素子ユニッ
トの端部を当接させた後、第２の圧電素子積層体を駆動
することで、移動部材を所望の方向に変位させることが
できる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明に係るアクチュエータの制御方
法の好適な実施例を挙げ、添付の図面を用いて詳細に説
明する。

【０００８】図１に本発明に係るアクチュエータの制御
方法が適用される第１の実施例を示す。

【０００９】図において、参照符号１０は移動体を示し
、この移動体１０は後述するアクチュエータ１２により
図中の矢印Ａの方向に往復動作するようになっている。 前記アクチュエータ１２は本体部１４とこの本体部１４
の面上に植設される屈曲形状の変位部材１６とを含む。 すなわち、前記変位部材１６はその途上で屈曲し、図に
おいて垂直部位１８の両端部から互いに反対方向に延在
する水平部位２２と２４とを有する。なお、前記変位部
材１６は断面円形の丸棒状に形成されるとともに一方の
垂直部位１８の先端部は本体部１４の面上に形成された
取付穴２０に圧入されてこの本体部１４に固着される。 前記水平部位２２と垂直部位２４の一部には圧電素子を
積層して構成される圧電素子ユニット２６ａおよび２６
ｂが配設される。

【００１０】すなわち、前記第１および第２の圧電素子
ユニット２６ａおよび２６ｂは円板状の圧電セラミック
スを多数積層して所定の長さの丸棒状に形成されるとと
もに電源線２８ａおよび２８ｂを介して図外の直流電源
に夫々独立して接続される。従って、本実施例では前記
第１および第２の圧電素子ユニット２６ａおよび２６ｂ
は、前記電源線２８ａおよび２８ｂを介して所定の極性
での電圧が印加されると、変位部材１６の長手方向（軸
線方向）に伸長変位するように構成されるものである。

【００１１】本発明に係る方法を実施するためのアクチ
ュエータは基本的には以上のように構成され、次に図２
（ａ）乃至図２（ｂ）を参照してその作用および効果に
ついて説明する。

【００１２】今、移動体１０を図１の状態から右方向に
移動させたい時は、先ず、変位部材１６の他方の垂直部
位２４に設けた第２圧電素子ユニット２６ｂに対して電
源線２８ｂを介して所定の電圧を印加すればよい。これ
により、前記垂直部位２４の第２圧電素子ユニット２６
ｂは伸長変位し、図２（ａ）の状態のようにその先端面
２４ａが移動体１０の表面に当接し、これと強く圧着す
る。

【００１３】次に、前記の状態のまま、今度は水平部位
２２の第１圧電素子ユニット２６ａに同じく電源線２８
ａを介して所定の電圧を印加する。これにより、前記水
平部位２２の第１圧電素子ユニット２６ａは図２（ｂ）
の状態のように水平方向に伸長変位する。この時、前記
垂直部位２４の先端面２４ａは移動体１０に圧着したま
まであるため、前記先端面２４ａと移動体１０間の摩擦
抵抗によってこの移動体１０は水平方向に移動する。勿
論、前記移動体１０の図示しない反対側の表面は適宜の
手段により水平方向に摺動可能に保持しておく。

【００１４】この後、前記垂直部位２４の第２圧電素子
ユニット２６ｂに対する電圧の印加を停止する。これに
より、当該圧電素子ユニット２６ｂは収縮変位し、その
先端面２４ａが移動体１０の表面から離間する（図２（
ｃ）の状態参照）。

【００１５】そして、最後に、水平部位２２の第１圧電
素子ユニット２６ａに対する電圧の印加を停止する。こ
れにより、当該圧電素子ユニット２６ａは収縮変位し（
図２（ｄ）の状態参照）、結局、変位部材１６は図１の
状態に復帰する。

【００１６】このようにして、変位部材１６を第２圧電
素子ユニット２６ｂにおける垂直方向変位（伸長変位）
→第１圧電素子ユニット２６ａにおける水平方向変位（
伸長変位）→第２圧電素子ユニット２６ｂにおける垂直
方向変位（収縮変位）→第１圧電素子ユニット２６ａに
おける水平方向変位（収縮変位）を１周期として繰り返
して変位動作させれば、移動体１０は順次図中の右方向
に移動される。前記変位部材１６は変位動作して移動体
１０を所定ストロークだけ直線的に移動させる。

【００１７】一方、移動体１０を図１の状態から左方向
に移動させたい場合、前記変位部材１６を第１圧電素子
ユニット２６ａにおける水平方向変位（伸長変位）　→
第２圧電素子ユニット２６ｂにおける垂直方向変位（伸
長変位）→第１圧電素子ユニット２６ａにおける水平方
向変位（収縮変位）→第２圧電素子ユニット２６ｂにお
ける垂直方向変位（収縮変位）を１周期として繰り返し
て変位動作させればよいことは前記の説明から容易に諒
解されよう。

【００１８】次に、図３、図４、図８は本発明に係るア
クチュエータの制御方法が適用される第２乃至第４の実
施例を示す。

【００１９】すなわち、図３の実施例では図１に示した
実施例において、垂直部位２４の先端面２４ａにさらに
ゴム等からなる弾性体３０を配設している。このように
構成すれば移動体１０との圧着時における摩擦抵抗の増
大が図られ、移動体１０の変位を一層確実にすることが
できる。

【００２０】さらに、図４は図１における変位部材１６
をシャフト状の移動体１０に対して円周方向に複数配設
するとともに軸線方向に多段的に配設し、しかもその変
位動作の周期も円周方向に複数配設した変位部材１６に
おいては同一周期とし、軸線方向に多段的に配設した変
位部材１６は、図５に示すように、順次継続的に変位す
るようにした実施例を示す。

【００２１】例えば、図６では変位部材が１段であるた
めに移動体１０は間歇的に移動する。然しながら、移動
体１０がこの実施例のように多段であれば図７に示すよ
うに、移動体１０の軸線方向への移動速度にはむらがな
くなり、移動体１０はスムーズに移動する。換言すれば
、移動体１０は間歇的な軸線方向移動からより連続的な
軸線方向移動を達成するようになる。

【００２２】図８は図４におけるアクチュエータを開閉
弁のアクチュエータとして応用した実施例を示す。すな
わち、多段的に配設された変位部材１６により軸線方向
移動がなされる移動体１０の先端にポペット形の弁体３
２を固着し、これを本体部１４と一体的に形成された弁
ハウジング３４内の弁室３６に臨設している。

【００２３】従って、変位部材１６に所定の極性で電圧
を印加すれば、移動体１０はこの弁室３６に連通する弁
口３８に対し図中の左右方向に進退移動して弁の開閉制
御を行うことが可能となる。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
圧電素子ユニットを構成する第１および第２の圧電素子
積層体を交互に駆動制御することで、当該圧電素子積層
体の変位力を効果的に利用して移動体を任意の方向に駆
動することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法が適用されるアクチュエータの第１
の実施例を示す断面図である。

【図２】図１のアクチュエータの作動順序を示す夫々の
概略断面説明図である。

【図３】本発明方法が適用されるアクチュエータの第２
の実施例を示す概略断面説明図である。

【図４】本発明方法が適用されるアクチュエータの第３
の実施例を示す概略断面説明図である。

【図５】図４の多段的に配設された各変位部材のタイム
チャートである。

【図６】図１のアクチュエータにおける移動体の速度特
性図である。

【図７】図４のアクチュエータにおける移動体の速度特
性図である。

【図８】本発明方法が適用されるアクチュエータの第４
の実施例であるとともに図４のアクチュエータの応用例
を示す概略断面説明図である。

【符号の説明】

１０…移動体 １２…アクチュエータ １４…本体部 １６…変位部材 １８…垂直部位 ２０…取付穴 ２２…水平部位 ２４…垂直部位 ２６ａ、２６ｂ…圧電素子ユニット ２８ａ、２８ｂ…電源線 ３０…弾性体 ３２…弁体 ３４…弁ハウジング ３６…弁室 ３８…弁口

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定方向に配列された複数の圧電素子ユニ
   ットを有し、前記夫々の圧電素子ユニットの第１の圧電
   素子積層体とこれに偏位して配設された第２の圧電素子
   積層体とに電圧を印加して移動部材を変位させるアクチ
   ュエータの制御方法であって、第１の圧電素子ユニット
   の第１圧電素子積層体に電圧を印加し、次いで、第２の
   圧電素子ユニットの第１圧電素子積層体に電圧を印加す
   る前に前記第１圧電素子ユニットの第２圧電素子積層体
   に電圧を印加し、次いで前記第１圧電素子ユニットに隣
   接する第２の圧電素子ユニットの第１圧電素子積層体に
   電圧を印加し、前記第１圧電素子ユニットの第１圧電素
   子積層体に対する電圧の印加を解除し、これを繰り返し
   行うことにより移動部材を変位させることを特徴とする
   アクチュエータの制御方法。