JPH05335647A - 圧電リニアアクチュエータ - Google Patents

圧電リニアアクチュエータ

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JPH05335647A
JPH05335647A JP4138184A JP13818492A JPH05335647A JP H05335647 A JPH05335647 A JP H05335647A JP 4138184 A JP4138184 A JP 4138184A JP 13818492 A JP13818492 A JP 13818492A JP H05335647 A JPH05335647 A JP H05335647A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 低コストで大量に生産することのできる圧電
特性を利用したリニアアクチュエータを得る。 【構成】 変形が自由なセラミックグリーンシート１０
２に電極１０４を配置して、電気−機械変換素子を構成
し、この圧電セラミックグリーンシート１０２の一部を
固定台１０６に固定する（図２の例では固定台１０６の
突起部１０８の左面で固定する）と共に、非固定部分の
伸縮を繰返すことにより搬送物１０を駆動する。図２の
例では、Ａ部が伸びるときＣ部が縮み、同時にＢ部が伸
びＤ部が縮む第１状態と、Ａ部が縮むときＣ部が伸び、
同時にＢ部が縮みＤ部が伸びる第２状態とを形成できる
ような配線を施す。この結果、第１状態と第２状態とを
交互に繰返すことにより搬送物１１０を図中右方向に動
かすことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、いわゆる圧電特性を利
用したリニアアクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、圧電特性を利用したリニアアクチ
ュエータとしては、例えば図４に示されるようなものが
提案されている。
【０００３】このアクチュエータは、加振回路２、圧電
材４、共振体６からなる加振系と、吸振回路８、圧電材
１０、及び共振体１２からなる吸振系とを備え、加振回
路２によって発生された圧電材４の図中上下方向Ｘの振
動を共振体（ホーン）６によって増幅して、搬送物１４
を移送させるための棒１６の一端を加振し、この振動を
他端側に設けた吸振系によって吸振する構成とされてい
る。これにより、棒１６には所定の移動波が発生し、搬
送物１４は吸振系の側から加振系の側へと移動するよう
になっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の圧電特性を利用したリニアアクチュエータ
は、振動源として板状の圧電材４、１０を用いていたた
め、アクチュエータとして利用可能な大きさの振動変位
を得るためには、該圧電材４、１０に大きな電圧を与え
る必要があり、大掛りな加振系、あるいは吸振系が必要
になるという問題があった。
【０００５】又、金属等で作られた共振体６、１２と圧
電材４、１０とを組合せて共振系を構成する必要があっ
たため、形状が制限され、量産性が悪く、又制御性も悪
いという問題があった。
【０００６】圧電材４、１０の歪み量（伸縮量）は、電
界の強さに比例するため、これを薄くすることにより歪
み量を大きくできるが、圧電材４、１０を加工して薄く
することは通常は困難であり、量産には向かないという
問題もあった。
【０００７】本発明は、このような従来の問題に鑑みて
成されたものであって、従来の圧電特性を利用したリニ
アアクチュエータの構成を抜本的に考え直し、量産性が
高く低コストで大きな駆動力が得られる圧電リニアアク
チュエータを提供し、上記課題を解決せんとしたもので
ある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、変形が自由な
圧電セラミックグリーンシートに電極を配置して電気−
機械変換素子を構成し、この圧電セラミックグリーンシ
ートの一部を固定台に固定すると共に、非固定部分を伸
縮させ、この伸縮の繰返しにより搬送物を駆動すること
により、上記課題を解決したものである。
【０００９】
【作用】本発明においては、従来の圧電特性を利用した
リニアアクチュエータの構造を抜本的に検討し直し、振
動源としてバルク（板状等）の圧電材ではなく、圧電特
性をもった薄膜セラミックグリーンシート（圧電セラミ
ックグリーンシート）を用いるようにした。
【００１０】この圧電特性をもった圧電セラミックグリ
ーンシートとしては、従来、いわゆる「積層型圧電アク
チュエータ」を構成する「一層」として用いるものが公
知である。これは、グリーンシートの「薄い」という特
徴を利用して積層化を実現するようにしたもので、形状
としては平板の積重ねとなり、電圧をかけることによっ
て「厚さ方向」の伸縮を得るものである。「伸縮自体」
によって物を搬送するというものではなかった。
【００１１】これに対し、本発明は、グリーンシート
が任意の形状に変形でき、且つ、その形状のまま焼成で
きること、及び電極をかけることにより「厚さ方向」
のみならず「平面方向」にも伸縮するという事実に着目
してなされたものである。即ち、本発明では、この圧電
セラミックグリーンシートをリニアアクチュエータの駆
動源として採用すると共に、特定の形状に焼成した上
で、該圧電セラミックグリーンシートの一部を固定台に
固定し、非固定部分を伸縮し、この伸縮自体の繰返しに
よって搬送物を駆動するようにした。グリーンシートは
変形自由であるため、任意の構造が容易に得られ、後述
するような種々の構成のリニアアクチュエータを得るこ
とができる。
【００１２】又、グリーンシートを用いることで、容易
に薄い圧電材を得ることができ、小さな電圧でも大きな
変位を得ることができるようになる。その結果、大電圧
の駆動回路も必要なくなり、共振系も必要なくなる。更
に、グリーンシートは容易に大量生産が可能であるた
め、低コスト化も実現できるようになる。
【００１３】
【実施例】以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に
説明する。
【００１４】図１に本発明の第１実施例を示す。
【００１５】図において、１０２が圧電セラミックグリ
ーンシート、１０４が該圧電セラミックグリーンシート
１０２に配置された電極、１０６が固定台である。
【００１６】圧電グリーンシート１０２は、図示するよ
うな矩形のジグザグ状に折り曲げられ、この状態で焼成
される。そしてその後固定台１０６の突起１０８の図の
左面で固定される。搬送物１１０は、圧電セラミックグ
リーンシート１０２の頂上部に配置され、この実施例で
は、後述するように、図中右方向に移動させられるよう
になっている。
【００１７】即ち、この作用を図中に示した識別符号を
参照しながら説明すると、この実施例に係る電極１０４
は、そのＡ部（圧電セラミックグリーンシート１０２の
電極Ａが存在する部分）が伸びるときにＣ部が縮み、同
時にＢ部が伸び、且つＤ部が縮むように配線してある
（第１状態）。
【００１８】この配線により、印加する全ての電圧の正
負を一度に逆転することにより、Ａ部が縮むときにＣ部
が伸び、同時にＢ部が縮み、且つＤ部が伸びる状態を得
ることができる（第２状態）。
【００１９】今、各電極を第１状態とすると、図２の
（Ａ）で示されるように、Ａ部が伸びるときにＣ部が縮
むためＤ部が搬送物から離れ、搬送物はＢ部の伸長によ
って右方向に移送される。この状態で、各電極に印加す
る電圧の正負を逆転させると第２状態となり、今度はＡ
部が縮んでＣ部が伸びるため、図２の（Ｂ）に示される
ようになり、この結果Ｂ部の圧電セラミックグリーンシ
ート１０２が搬送物１１０から離れ、その結果搬送物は
Ｄの伸長により更に右方向に移動させられる。この結
果、電圧の正負を適宜の周期で逆転し、第１状態と第２
状態とを交互に形成することにより、搬送物を連続して
右方向にのみ移動することができるようになる。なお、
図２では伸長する部分の符号に○印を付し、縮小する部
分の符号は無印のままとしてある。
【００２０】この第１実施例では、右方向に移動させる
ようにしていたが、各電極への正負の接続は容易に変更
できるため、この基本構造のままで、Ａ部が伸びるとき
にＢ部が縮み、同時にＣ部が縮んでＤ部が伸びる第３状
態と、これをそっくり逆にした第４状態とを繰り返すよ
うにすれば、簡単に左方向に移動させるように変更可能
である。
【００２１】上記第１実施例では、１枚の圧電セラミッ
クグリーンシートを矩形状に変形させて矩形状に変形さ
せて用いた例が示されていたが、該圧電グリーンシート
を積層することにより、より大きな荷重に対して対応で
きるように構成することもできる。
【００２２】その例（本発明の第２実施例）を図３に示
す。この第２実施例では、１枚の圧電セラミックグリー
ンシート２０２をより密に、且つ固定台２０６に対して
αの角度をもって積層している。電極２０４は、圧電２
０４グリーンシート２０２の直線部分に配置されてお
り、該圧電セラミックグリーンシート２０２の下側の折
り返し部分２０２Ａが固定台２０６に固定され、上側の
折り返し部分（突起部分）２０２Ｂで搬送物２１０を支
持する構成とされている。
【００２３】この状態で全ての突起を一度に比較的高速
で伸縮させると、突起部分２０２Ｂが伸長するときには
搬送物２１０に水平分力を与えることができ、該搬送物
２１０を図中右方向に移動することができる。又、突起
部分２０２Ｂが縮小するときには、瞬間的に搬送物２１
０から該突起部分２０２Ｂが離反するようになるため、
縮小するときの突起部分２０２Ｂの水平分力は搬送物２
１０を左方向に戻す力とはならず、結局搬送物は右方向
へのみ連続して移送されることになる。
【００２４】この第２実施例によれば、１枚の圧電セラ
ミックグリーンシート２０２が実質的に多層に積み重ね
られ、その上に搬送物２１０が配置されるため、前記第
１実施例よりもより重量のある搬送物を移送することが
できるようになる。
【００２５】なお、この第１、第２実施例とも、この構
成に加えて更により円滑な移送ができるような工夫や構
成を付加するのは無論自由である。
【００２６】例えば、この第１、第２実施例とも、この
ままでは移送に伴って若干上下動するのが避けられない
が、例えばガイドレールを設け、当該ガイドレールに搬
送物を基本的に支持し、水平方向の駆動力を受けること
によって、このガイドレールに沿って搬送物が移動する
ように構成すれば、比較的重量のある搬送物でも上下方
向の振動を良好に吸収しながら移送することができるよ
うになる。
【００２７】又、上記２つの実施例とも主にグリーンシ
ートの平面方向の伸縮を取り出すことによって駆動力を
得ていたが、本発明はこの方向の伸縮を用いることに限
定するものではなく、グリーンシートの形成形状によっ
ては厚さ方向の伸縮を取り出すようにしてもよい。更に
は、両者を適宜組合わせて駆動力を得るようにしてもよ
い。
【００２８】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、圧
電特性を利用したリニアアクチュエータの振動源として
従来のようにバルク（板状等）の圧電材ではなく、圧電
特性をもったセラミックグリーンシートを利用するよう
にしたため、容易に薄い圧電材を得ることができ、その
結果小さな電圧で大きな変位を得ることができる。又駆
動構造自体が全く異なるため、大電圧の駆動系が必要な
くなり、共振系も省略することができるようになる。
【００２９】又、グリーンシートは変形自由であるた
め、搬送物に合せて任意の構造を容易に得ることがで
き、且つ容易に大量生産が可能であるため、低コスト化
も実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す概略断面図
【図２】上記第１実施例の作用を説明するための概略断
面図
【図３】本発明の第２実施例を示す概略断面図
【図４】従来の圧電特性を利用したリニアアクチュエー
タの構成を示す断面図
【符号の説明】 １０２、２０２…圧電セラミックグリーンシート １０４、２０４…電極 １０６、２０６…固定台 １１０、２１０…搬送物

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】変形が自由な圧電セラミックグリーンシー
    トに電極を配置して電気−機械変換素子を構成し、この
    圧電セラミックグリーンシートの一部を固定台に固定す
    ると共に、非固定部分を伸縮させ、この伸縮の繰返しに
    より搬送物を駆動することを特徴とする圧電リニアアク
    チュエータ。
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