JPH0520632B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はアクチユエータに関し、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
動するようにアクチユエータに関する。

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ユエー
タ広汎に用いられている。この種のアクチユエー
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
らこの種のアクチユ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に逢着し
ていた。

ところで、近年、圧電素子（ピエゾ）が注目さ
れるに至つている。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つて得られ、従つて、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。

そこで、本発明は複合系の圧電セラミツクスの
発明等近年における圧電素子の目覚しい性能向上
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
規なアクチユエータを提供することを目的とす
る。

前記の目的を達成するために、本発明は、本体
部１４と変位部材１６とからなり、前記変位部材
１６は水平部位２２と、前記水平部位２２の両端
部から互いに反対方向に延在する第１の垂直部位
１８と第２の垂直部位２４とを有し、前記第１垂
直部位１８の先端部は前記本体部１４に固着さ
れ、前記水平部位２２はその軸線方向に伸長収縮
する第１の圧電素子ユニツト２６ａを有し、前記
第２垂直部位２４はその軸線方向へ伸長収縮する
第２の圧電素子ユニツト２６ｂを有し、前記第１
圧電素子ユニツト２６ａ並びに第２垂直部位２４
を介して所望の移動体を所定方向に変位させるこ
とを特徴とする。

以下、本発明に係るアクチユエータの好適な実
施例を挙げ、添付の図面を用いて詳細に説明す
る。

第１図に本発明に係るアクチユエータの第１の
実施例を示す。

図において、参照部号１０は移動体を示し、こ
の移動体１０は後述するアクチユエータ１２によ
り図中の矢印Ａの方向に往復動作するようになつ
ている。前記アクチユエータ１２は本体部１４と
この本体部１４の面上に植設される略〓形棒状の
変位部材１６とを含む。すなわち、前記変位部材
１６は、第１図において第１の垂直部位１８の端
部から一旦水平方向に延在する水平部位２２と、
前記水平部位２２の終端する部位から垂直方向下
方に延在する第２の垂直部位２４とを有し、全体
として屈曲形状である。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共に第１垂直
部位１８の先端部は本体部１４の面に形成された
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ツ
ト２６ａおよび２６ｂが配設される。

すなわち、前記第１および第２の圧電素子ユニ
ツト２６ａおよび２６ｂは円板状の圧電セラミツ
クスを多数積層して軸線方向に延在した所定の長
さの丸棒状に形成されると共に電源線２８ａおよ
び２８ｂを介して図外の直流に夫々独立して接続
される。従つて、本実施例では前記第１および第
２の圧電素子ユニツト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、水平部位２２および第
２垂直部位２４の夫々の長手方向（軸線方向）に
伸長変位することができる。

本発明に係るアクチユエータは基本的には以上
のように構成され、次に第２図ａ乃至第２図ｄを
参照してその作用および効果について説明する。

今、移動体１０を第１図の状態から右方向に移
動させたい時は、先ず、変位部材１６を構成する
第２垂直部位２４の第２圧電素子ユニツト２６ｂ
に対して電源線２８ｂを介して所定の電圧を印加
する。これにより、前記第２垂直部位２４の第２
圧電素子ユニツト２６ｂはその軸線方向に伸長変
位し、第２図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。

次に、前記の状態のまま、今度は水平部位２２
の第１圧電素子ユニツト２６ａに同じく電源線２
８ａ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圧電素子ユニツト２
６ａは第２図ｂの状態のようにその軸線方向、す
なわち、図において水平方向に伸長変位する。こ
の時、前記第２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間の摩擦抵抗によつてこの移
動体１０は矢印に示す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
適宣の手段により水平方向に摺動可能に保持して
おく。

この後、前記第２垂直部位２４の第２圧電素子
ユニツト２６ｂに対する電圧の印加を停止する。
これにより、当該圧電素子ユニツト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（第２図ｃの状態参照）。

そして、最後に、水平部位２２の第１圧電素子
ユニツト２６ａに対する電圧の印加を停止する。
これにより、当該圧電素子ユニツト２６ａは水平
方向において収縮変位し、（第２図ｄの状態参
照）、結局、変位部材１６は第１図の状態に復帰
する。

このようにして、変位部材１６を第２圧電素子
ユニツト２６ｂにおける垂直方向変位（伸長変
位）→第１圧電素子ユニツト２６ａにおける水平
方向変位（伸長変位）→第２圧電素子ユニツト２
６ｂにおける垂直方向変位（収縮変位）→第１圧
電素子ユニツト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。換言すれば、前記変位部材１６は所謂尺取虫
のように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。

一方、移動体１０を第１図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
素子ユニツト２６ａにおける水平方向変位（伸長
変位）→第２圧電素子ユニツト２６ｂにおける垂
直方向変位（伸長変位）→第１圧電素子ユニツト
２６ａにおける水平方向変位（収縮変位）→第２
圧電素子ユニツト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。

次に、第３図乃至第５図は本発明に係るアクチ
ユエータの第２図乃至第４図の実施例を示す。

すなわち、第３図の実施例では第１図に示した
実施例において、第２垂直部位２４の先端面２４
ａ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。

さらに、第４図ａは第１図における変位部材１
６をシヤフト状の移動体１０に対して円周方向外
方に指向させて複数配設すると共に軸線方向に多
段的に配設し、しかもその変位動作の周期も円周
方向に指向して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、第４図ｂ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。

例えば、第４図ｃ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
ば第４図ｄ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。

第５図は第４図ａにおけるアクチユエータを開
閉弁のアクチユ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
により軸線方向の移動がなされる移動体１０の先
端にポペツト形の弁体３２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。

従つて、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。

以上説明したように、本発明によれば本体部に
屈曲した状態で変位部材を植設する一方、前記変
位部材の水平部位と垂直部位との少なくとも一部
に電圧の変化に応じて前記変位部材の軸線方向に
変位する圧電素子ユニツトを設けている。従つ
て、当該圧電素子ユニツト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れば、制御が
簡単でしかも位置決めが確実なアクチユエータを
容易に実現できるという効果が得られる。

以上、本発明について好適な実施例を挙げて説
明したが、本発明は前記の実施例に限定されるも
のではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲にお
いて種々の改良および設計の変更が可能なことは
勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るアクチユエータの第１の
実施例を示す断面図、第２図ａ乃至第２図ｄは第
１図のアクチユエータの作動順序を示す夫々の概
略断面説明図、第３図は本発明に係るアクチユエ
ータの第２の実施例を示す概略断面説明図、第４
図ａは本発明に係るアクチユエータの第３の実施
例を示す概略断面説明図、第４図ｂは第４図ａの
多段的に配設された各変位部材のタイムチヤー
ト、第４図ｃは第１図のアクチユエータにおける
移動体の速度特性図、第４図ｄは第４図ａのアク
チユエータにおける移動体の速度特性図、第５図
は本発明に係るアクチユエータの第４の実施例で
あると共に第４図ａのアクチユエータの応用例を
示す概略断面説明図である。 １０……移動体、１２……アクチユエータ、１
４……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
ツト、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)

1. 【特許請求の範囲】 １ 本体部１４と変位部材１６とからなり、前記
   変位部材１６は水平部位２２と、前記水平部位２
   ２の両端部から互いに反対方向に延在する第１の
   垂直部位１８と第２の垂直部位２４とを有し、前
   記第１垂直部位１８の先端部は前記本体部１４に
   固着され、前記水平部位２２はその軸線方向に伸
   長収縮する第１の圧電素子ユニツト２６ａを有
   し、前記第２垂直部位２４はその軸線方向へ伸長
   収縮する第２の圧電素子ユニツト２６ｂを有し、
   前記第１圧電素子ユニツト２６ａ並びに第２垂直
   部位２４を介して所望の移動体を所定方向に変位
   させることを特徴とするアクチユエータ。 ２ 特許請求の範囲第１項記載のアクチユエータ
   において、変位部材１６を構成する第２垂直部位
   ２４の先端部端面に摩擦係数の高い弾性体３０を
   配設してなるアクチユエータ。