JPH05189046A - アクチェータ - Google Patents

アクチェータ

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JPH05189046A
JPH05189046A JP4002038A JP203892A JPH05189046A JP H05189046 A JPH05189046 A JP H05189046A JP 4002038 A JP4002038 A JP 4002038A JP 203892 A JP203892 A JP 203892A JP H05189046 A JPH05189046 A JP H05189046A
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piezoelectric body
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lever
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Takeshi Yano
健 矢野
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 円柱形状駆動素子の軸方向変位を同一の方向
に効率よく拡大する。 【構成】 駆動電圧の印加により軸方向に伸長する円柱
圧電体2を金属製の有底支持円筒に同軸に遊嵌して、そ
の一端面を固定する。圧電体の自由端には拡開する向き
に延びる6個の金属製挺子杵17を等角度間隔に配置し
て、これら挺子杵の力点を圧電体の自由端面に結合す
る。また、これら挺子杵の作用点を金属製可動薄板21
で連結する。この際、可動薄板は圧電体の自由端に向か
って撓んだ状態となっている。可動薄板が重なり合う部
分(撓みの最大部分)に作動子が設けられる。 【効果】 上述の構成では作動子は駆動素子(圧電体)
の変位の5倍以上にしかもエネルギー伝達効率60%以
上で変位する。また、気密構造にし易い。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、圧電体等の駆動素子を
用いたアクチェータに関し、特に、柱状駆動素子の軸方
向変位を拡大する機構を備えるアクチェータに関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、この種のアクチェータとして図
6に示すものが知られている。図6を参照して、U形の
金属取付台1の凹部に角棒状の圧電体2が挿入され、金
属取付台1に固定されている。取付台1及び圧電体2の
上側には2個の金属可動部材3及び4が取付台1及び2
に跨るようにして配置され、金属可動部材3及び4には
結合部材5及び6が一体に形成されている。結合部材5
には圧電体2の上端に固定した金属接続台7と結合さ
れ、結合部材6は取付台1の上端と結合されている。可
動部材3,4は、可動部材3及び4に平行に配置された
第3の金属可動部材8に金属結合部材9及び10で結合
されている。なお、この結合はろう接による。
【0003】圧電体2に駆動電圧(電極、リード線は図
示せず)を印加すると、圧電体2が伸長して接続部材7
を実線矢印Aで示す方向に押し上げる。この変位は結合
部材5を介して可動部材3及び4に伝えられ、実線矢印
A方向の機械的変位を可動部材3及び4に与える。可動
部材3及び4は結合部材6で支持台1と結合されている
ため、実線矢印A方向の変位によって可動部材3及び4
に回転モーメントを生じる。その結果、可動部材4及び
3にそれぞれ実線矢印B及びCで示す向きの拡大された
変位(拡大変位)を生ずることになる。この拡大変位が
結合部材9及び10によって第3の可動部材8に伝達さ
れて、可動部材8の自由端(下端)に実線矢印Dで示す
方向の変位が生じる。
【0004】そして、この変位が機器(図示せず)の可
動部へ伝達されて機器に所要の動作を行わせている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のアク
チェータでは、実線矢印Dで示す変位方向は回転中心点
を符号Oで示す点とする円弧上にある。つまり、圧電体
(駆動素子)2の伸長方向(直線上の方向)とはまった
く関係のない向きである。このため、アクチェータを機
器に配置する際、配置及び取付けに工夫を要し、使用し
づらいという問題点がある。
【0006】本発明の目的は、柱状駆動素子の軸方向変
位に平行な向きに変位に拡大する機構を備えたアクチェ
ータを提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明のアクチェータで
は、柱状駆動素子を有低支持円筒に遊嵌して同軸に配置
して、駆動素子の片端面をその内底に固着する。支持円
筒の軸に関して対称に複数個の挺子杵が配置され、これ
ら挺子杵は拡開する向きに延びている。駆動素子の他端
面には挺子杵の力点が結合され、挺子杵の支点を支持円
筒の端面に結合し、挺子杵の作用点を駆動素子の端面に
向って、または逆向きに撓ませた可動薄板で差し渡して
連結する。そして、可動薄板の中央部に作動子を設け
る。
【0008】また、可動薄板の中間部において作動子に
関して対称に剛体を設けてもよい。
【0009】ここでは、支持円筒と挺子杵と可動薄板と
を導電材で形成して駆動素子の他端面に接続してコール
ド端子とし、駆動素子の片端面が支持円筒の底を貫いて
引き出したホット端子に接続される。そして、支持円筒
の他端部側を少なくとも作動子の一部を露出させてハー
メチックシールで覆い気密構造とする。
【0010】
【作用】本発明では、挺子杵が、駆動素子の変位を拡大
して作用点に変位を生じ、その変位を可動薄板に伝達す
る。可動薄板は、挺子杵の変位により緊張して変位を拡
大するとともに作動子に伝達する。
【0011】剛体は、作動子への変位の伝達を増進する
ように働く。
【0012】
【実施例】以下本発明について、実施例によって説明す
る。
【0013】まず、図1を参照して、本発明によるアク
チェータは支持円筒11を備えている。支持円筒11に
は、その下端部の外周面にねじが形成されている。この
ねじに帽体形の底板12が螺合され、支持円筒11の底
部は塞れる。つまり、支持円筒11は有底状である。な
お、この支持円筒11はインバーで形成されている。支
持円筒11中には、支持円筒11の内径より小さな外径
を有する円柱形圧電体13が支持円筒11と同心に挿入
され、底板12に固定されている。
【0014】圧電体13は、両端面に電極(図示せず)
が設けられており、電極に電圧を印加すると、圧電体1
3は軸方向に伸びる。圧電体13の片端面(つまり、下
端電極側)にはアルミナ製の円形絶縁台15が固着さ
れ、円形絶縁台15によって圧電体13は底板12に固
着されている。下端電極にはホット端子14が接続さ
れ、ホット端子14は絶縁台15と底板12とを貫いて
真下に引き出されている。圧電体13の他端面(つま
り、上端電極側)には円形の金属接続台16が固着さ
れ、金属接続台16の上面と支持円筒11の上端面は同
一平面上にある。接続台16の上面及び支持円筒11の
上面上側には、軸対称に複数個(例えば4個)の挺子杵
17が配設されている。ここでは、奇数個(3個以上)
の挺子杵17の配列は、等角度間隔であり、後述のよう
に、可動薄板21は支持円筒11の軸を中心として放射
形状(例えば3個の場合はY形)に配設されている。な
お、図3に示すように、挺子杵17は、逆さにした傘の
親骨に近似する配列となっている。なお、4個の挺子杵
17の配列は等角度(90度)間隔に限る必要はなく、
扁平なX字形に配置してもよい。
【0015】上記の挺子杵17は、マルエージ鋼製であ
り、この挺子杵17は正方形板を直立させた状態で上側
に位置する頂点の一つと一方の直立辺とを結ぶ線分で切
り落として緩勾配辺18とし、さらに、他方の直立辺と
下側に位置する水平辺とを結ぶ線分で切り落して緩勾配
辺18よりも急勾配の辺を形成することによって作製さ
れる。この挺子杵17にはその水平辺に一体に力点接合
片19と支点接合片20とが設けられ、力点接合片19
と支点接合片20との間隔は圧電体13と支持円筒11
との間隙よりも若干大きい。上記の挺子杵17は、緩勾
配辺18側の力点接合片19を接続台16にろう接によ
って接合され、さらに、支点接合片20が支持円筒11
に接合されている。これによって、挺子杵17は緩勾配
辺18が上方に拡開する向きに配置されることになる。
さらに、挺子杵17の作用点(自由端の任意の個所、図
では緩勾配辺18の上側端部)を接続台16(圧電体1
3の他端面)に向って撓ませた幅狭の金属の可動薄板
(板ばね)21で連結し、可動薄板21の中央部に丸棒
状の作動子22の下端を固着する。
【0016】上述の構造のアクチェータでは、圧電体1
3に駆動電圧を印加(支持円筒11がホット端子14に
対するコールド端子である)すると、圧電体13が実線
矢印U向きに接続台16および力点接合片19を押し上
げて、挺子杵17に支点接合片20を中心とする回転モ
ーメントが生ずる。これによって、挺子杵17の作用点
に実線矢印Wで示す向きの拡大された変位を生ずる。こ
の変位によって、可動薄板21が緊張し、作動子22を
実線矢印Uの向きに真直ぐに変位させる。このようにし
て、圧電体13の変位の向きと全く同じ向きに真直な拡
大した変位が生じることになる。
【0017】図1に示す二点鎖線は、ハーメチックシー
ル23を示し、蛇腹面の中心に作動子22を貫設するこ
とによってアクチェータが構成される。
【0018】図1には、作動子22が機器の可動部を押
す場合が示されており、図1において、可動薄板21を
接続台16から遠ざかる向きに撓ませた(図示せず)場
合、圧電体13が実線矢印U向きに接続台16及び力点
接続片19を押し上げて挺子杵17の作用点に生ずる実
線矢印W向きに拡大された変位によって、作動子22が
実線矢印Uと逆向きに真直ぐにさらに拡大されて変位す
る。これによって、作動子22は機器の可動部を引くこ
とができる。
【0019】図2に、本発明によるアクチェータの他の
基本構造を示す。
【0020】図2において、図1に示すアクチェータと
異なる点は、可動薄板21の中間に剛体24を作動子2
2に関して対称に設けたことである。図2では破線で変
位が生じる状態が示されており、作動子22が剛体24
を支点とする煽りを受けて変位の伝達の効率が向上す
る。
【0021】ここで、図3に図2に示すアクチェータの
外観図(斜視図)を示す。図3に示すように、このアク
チェータでは、6個の挺子杵17挺と、2個の二等辺三
角形をその先端で繋いだ形状の可動薄板21、円板形状
の作動子22、及び梯形状の剛体24を備えている。図
示の例では支持円筒11の外径d1 と挺子杵17の自由
端の外接円の直径do との比d1 /do (図4参照)
が、図2と同様にほぼ2.0である。直径比d1 /do
を変えて変位の最大拡大倍率を変えることができる。
【0022】図4及び図5はそれぞれ本発明の第2の実
施例及び第3の実施例の概略図であり、図4及び図5に
示すアクチェータでは直径比d1 /do が、それぞれ
1.5および3.0となっている。
【0023】次に、6個の挺子杵17を備えたアクチェ
ータの性能を表1に示す。
【0024】
【表1】
【0025】表1に示すようにいずれの場合おいてもエ
ネルギー伝達効率が60%以上であることがわかる。
【0026】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明では、円
柱形駆動素子の軸方向の伸びを同じ向き、または逆向き
の真直ぐな変位に、極めて効率よく拡大でき、軸対称の
構造であるからハーメチックシールを適用でき、したが
って使い易く、粉塵や液体を伴う分野に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるアクチェータの基本構造を示す要
部縦断正面図である。
【図2】本発明によるアクチェータの他の基本構造と動
作を示す概略図である。
【図3】図2に示す基本構造による一実施例を示す斜視
図である。
【図4】本発明の他の実施例を示す概略図である。
【図5】本発明のさらに他の実施例を示す概略図であ
る。
【図6】圧電体を用いたアクチェータの従来例を示す正
面図である。
【符号の説明】
1 金属取付台 2 圧電体 3,4,8 金属可動部材 5,6,9,10 結合部材 7,16 金属接続台 11 支持円筒 12 底板 13 円柱形圧電体 14 ホット端子 15 円形絶縁台 17 挺子杵 18 緩勾配辺 19 力点接合片 20 支点接合片 21 可動薄板 22 作動子 23 ハーメチックシール 24 剛体

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 軸方向に伸縮する駆動素子と、該駆動素
    子が同軸に挿入配置され前記駆動素子の一端面を支持す
    る支持円筒と、拡開方向に延び支点が前記支持円筒の一
    端面に結合されるとともに前記支持円筒の軸に関して対
    称に配置された複数個の挺子杵と、前記挺子杵の作用点
    を橋絡する可動薄板と、該可動薄板に設けられた作動子
    とを有し、前記可動薄板は前記駆動素子の他端面に対す
    る方向に撓ませられ、前記挺子杵の力点が前記駆動素子
    の他端面に結合されていることを特徴とするアクチェー
    タ。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載されたアクチェータにお
    いて、前記可動薄板には前記作動子に対して対称に剛体
    が設けられている特徴するアクチェータ。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2に記載されたアクタェー
    タにおいて、前記駆動素子は、圧電体と、該圧電体の両
    端面に配置された電極とを備えており、該駆動素子はそ
    の一端面が絶縁台を介して前記支持円筒に支持され、前
    記支持円筒及び前記挺子杵は導電性材料で構成され、該
    支持円筒及び前記挺子杵は前記圧電体の他端面上の電極
    に接続されコールド端子として用いられ、前記圧電体の
    一端面上電極は前記絶縁台を貫通して引き出されたホッ
    ト端子に接続されていることを特徴とするアクチェー
    タ。
  4. 【請求項4】 請求項1乃至3のいずれか一つに記載さ
    れたアクチェータにおいて、前記支持円筒の一端面側は
    少なくとも前記作動子の一部を露出させた状態でハーメ
    チックシールで覆われていることを特徴とするアクチェ
    ータ。
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