JPH09292284A - 圧電アクチュエータ及びそれを用いた焦電型赤外線センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 共振近傍で安定駆動を行う赤外線センサ用チ
ョッパを主目的とする貼り合わせ素子型圧電アクチュエ
ータにおいて、回動運動による他部材との接触を防止す
る。 【解決手段】 平板状の弾性体を折曲げてシム１１、変
位拡大部１３、変位部材１８、結合部１９を一体的に構
成し、シム１１に圧電体１２を接着してユニモルフ型貼
合わせ素子を構成し、変位部材１８の平板部分の法線が
変位拡大部１３の長手方向と、変位方向と両方に直行す
るように構成したので、変位量増大にともなって発生す
る変位の回動運動による赤外線検出部１６との接触を防
止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電気信号を機械的運
動に変換する圧電アクチュエータ及びそれを用いた焦電
型赤外線センサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、焦電型赤外線センサは、電子レン
ジにおける調理物の温度測定や、エアコンにおける人体
の位置検出などの幅広い分野で利用され、今後ますます
需要が大きくなると思われる。焦電型赤外線センサは、
ＬｉＴａＯ₃単結晶等の焦電体による焦電効果を利用し
たものである。焦電体は自発分極を有しており常に表面
電荷が発生するが、大気中における定常状態では大気中
の電荷と結びついて電気的に中性を保っており、この焦
電体に赤外線が入射すると焦電体の温度が変化し、これ
にともない表面の電荷状態も中性状態が壊れて変化す
る。この表面に発生する電荷を検知し赤外線入射量を測
定するのが焦電型赤外線センサである。

【０００３】物体はその温度に応じた赤外線を放射して
おり、この焦電型赤外線センサを用いることにより物体
の位置や温度を検出できる。焦電効果は赤外線の入射量
の変化に起因するものであり、焦電型赤外線センサとし
て物体の温度を検出する場合、赤外線入射量を変化させ
る必要がある。この手段として用いられる手段をチョッ
パといい、入射する赤外線を強制的に断続し検出物体の
温度を検出する。従来のチョッパとしては、電磁モータ
及び圧電アクチュエータ等が用いられていた。

【０００４】図５は弾性体平板に圧電体を接着したアク
チュエータをチョッパとして用いた焦電型赤外線センサ
の従来例である。一般的に金属等の弾性体平板に圧電体
を接着して貼合わせて素子を構成し、その素子の片端を
固定し、圧電体による歪を利用して全体を屈曲運動を発
生させるアクチュエータは、一般には弾性体平板の両面
に圧電体を接着したものはバイモルフ型、片面にのみ接
着したものはユニモルフ型と呼ばれており、また弾性体
平板はシムと呼ばれており、以下各部材をそのように呼
ぶ。

【０００５】図５はバイモルフ型素子を焦電型赤外線セ
ンサ用チョッパとして用いたものであり、５１はシム、
５２ａ，５２ｂは圧電体、５３は遮蔽板、５４は台座、
５５は固定具、５６はシム用配線、５７ａ，５７ｂは圧
電体用配線、５８は赤外線検出部、５９はスリット、６
０は赤外線である。

【０００６】シム５１の両面には圧電体５２ａ，５２ｂ
がそれぞれ接着され、三者が一体となりバイモルフ型素
子が構成されている。圧電体５２ａ，５２ｂは表面に電
極が印刷され、また接着面に対し垂直方向に分極処理が
施されており、圧電体５２ａ，５２ｂそれぞれの分極の
方向は、シム５１から取り出された配線５６と圧電体５
２ａ，５２ｂから取り出された配線５７ａ，５７ｂによ
りシム５１と圧電体５２ａ，５２ｂそれぞれの間に加え
られる電界の向きにより異なるが、圧電体５２ａ，５２
ｂが常に互いに逆の方向に歪を発生するように決められ
る。すなわち、圧電体５２ａ，５２ｂの片方が分極方向
に伸びる方向で歪むとき、もう一方は分極方向に縮むよ
うに印加電界の方向と分極方向は決められる。

【０００７】バイモルフ型素子は台座５４と固定具５５
とによりシム５１の部分と圧電体５２ａ，５２ｂの部分
が同時に挟み込まれることにより保持されている。シム
５１の圧電体５２ａ，５２ｂが接着されていない部分に
はシム用配線５６が取り付けられ、また圧電体５２ａ，
５２ｂの表面には圧電体用配線５７ａ，５７ｂが取り付
けられている。バイモルフ型素子の自由端の先端部分に
は遮蔽板５３が取り付けられ、遮蔽板５３にはスリット
５９が設けられている。遮蔽板５３の近傍には赤外線検
出部５８が遮蔽板５３及びバイモルフ型素子に接触しな
いように配置される。

【０００８】シム用配線５６及び圧電体用配線５７ａ，
５７ｂによりシム５１と圧電体５２ａ，５２ｂの間にそ
れぞれ電界が印加されると、バイモルフ型素子は片端固
定の屈曲運動を発生し、先端に取り付けられた遮蔽板５
３及びスリット５９は電界の印加方向の変化に応じて往
復運動を行う。このスリット５９の往復運動により赤外
線検出部５８に入射する赤外線６０を断続する。

【０００９】しかしながら、上記の構成のバイモルフ型
チョッパは、赤外線を断続するのに十分な移動距離を得
るために固定部から先端の移動部までの寸法を大きくす
る必要があり、また非常に高い駆動電圧が必要である。

【００１０】そこで、従来の改善方法として、バイモル
フ型素子あるいはユニモルフ型素子の先端移動部分に荷
重負荷を設けて共振周波数を低下させ、固定をシム部分
のみで行うことにより圧電体が脆性破壊することを防止
し、更に必要に応じて固定部近傍のシムに切り欠きを設
けるなどの手段により共振周波数をより低下させること
で、低電圧駆動で大きな変位を得ることができる。以下
に上記の特徴を持つチョッパの構造の一例を示す。

【００１１】図６は従来の改善例における焦電型赤外線
センサ用チョッパとしてのユニモルフ型素子をシム部分
の固定場所の幅が細くなるように成形した場合の一例を
示す斜視図である。図６において、６１ａ，６１ｂはシ
ム、６２ａ，６２ｂは圧電体、６３ａ，６３ｂは重り、
６４はセンサ台座、６５ａ，６５ｂはユニモルフ型素子
固定具、６６ａ，６６ｂはシム用配線、６７ａ，６７ｂ
は圧電体用配線、６８は赤外線検出部、６９ａ，６９ｂ
はユニモルフ型素子固定ネジ、７０は赤外線である。

【００１２】また図７はシム６１ａ，６１ｂの詳細を示
す斜視図であり、７１は遮蔽部、７２は圧電体接着部、
７３は切り欠き部、７４は位置決め部、７５ａ，７５ｂ
は固定用穴である。遮蔽部７１と圧電体接着部７２は折
曲げによって直角をなし、圧電体接着部７２から位置決
め部７４にいたる間に幅が圧電体接着部７２よりも小さ
くなるように切り欠き部７３を設け、位置決め部７４の
両端には固定用穴７５ａ，７５ｂが設けられている。

【００１３】シム６１ａ，６１ｂは図７に示すように幅
が細い切り欠き部７３が設けられ、切り欠き部７３にお
いて図６に示すようにセンサ台座６４とユニモルフ型素
子固定具６５ａ，６５ｂによって挟まれ、更にユニモル
フ型素子固定ネジ６９ａ，６９ｂをそれぞれ固定用穴７
５ａ，７５ｂに挿入して位置決め及び片端固定され、互
いに平行に向かい合うように配置されている。またシム
６１ａ，６１ｂのそれぞれ向かい合う面すなわち圧電体
接着部７２には圧電体６２ａ，６２ｂが、センサ台座６
４やユニモルフ型素子固定具６５ａ，６５ｂ及びシム６
１ａ，６１ｂの先端の遮蔽部７１、加えて切り欠き部７
３に接触しない位置で接着されてユニモルフ型圧電アク
チュエータを構成している。

【００１４】赤外線検出部６８はセンサ台座６４上のユ
ニモルフ型素子の自由端近傍に配置され、赤外線７０の
入射あるいは遮断を受ける。赤外線７０を断続する遮蔽
部７１はシム６１ａ，６１ｂの固定する側とは反対側の
端部を折曲げて構成され、この部分の平面部分に重り６
３ａ，６３ｂがそれぞれ接着されている。シム６１ａ，
６１ｂの可動部以外の一箇所すなわち位置決め部７４の
一箇所にはシム用配線６６ａ，６６ｂが、圧電体６２
ａ，６２ｂには圧電体用配線６７ａ，６７ｂがそれぞれ
ユニモルフ型素子の固定部に近い位置で取り付けられて
おり、シム用配線６６ａ，６６ｂ及び圧電体用配線６７
ａ，６７ｂによりシム６１ａと圧電体６２ａ、シム６１
ｂと圧電体６２ｂの間に電界を加えるとユニモルフ型素
子は曲げを起こし、先端の遮蔽部７１が移動する。２つ
のユニモルフ型素子を同一周波数にて反対方向に駆動
し、赤外線７０を断続的に遮断する。

【００１５】圧電体とユニモルフ型素子の固定部の間の
シム部に切り欠き部７３を設けることで、同一寸法で切
り欠き部を設けないユニモルフ型素子に比べてより共振
周波数を低下させることができるので、切り欠き部を設
けないものに比べてチョッパの小型化と低周波数駆動時
の変位量の増大が図れる。

【００１６】以上のようにユニモルフ型素子を始めとす
る貼合わせ型素子の共振近傍での駆動により様々な利点
が得られるが、共振周波数近傍での駆動であるのでチョ
ッパの共振周波数が固体間でばらついた場合には大きな
変位量の差が発生し、一定に保つためには微細な調整
や、高精度が要求される部品加工や組立が必要であっ
た。また経時的に共振周波数が変化した場合には変位が
著しく変化した。さらに、変位の安定化を図るために共
振から駆動周波数を離すと、変位量は低下し同様の変位
を得るためには高い駆動電圧を必要とした。かつ、形状
を小型化して変位を得る場合、シムと圧電体との接着層
への負担が増大して剥がれの原因となる。このような課
題は従来例のチョッパに限らず、共振を利用した場合全
てに等しい課題である。

【００１７】以上のような共振駆動の持つ問題を改善す
るため、以下の圧電アクチュエータを提案した。

【００１８】図８はユニモルフ型の圧電アクチュエータ
に変位拡大部を設けた焦電型赤外線センサ用チョッパの
一例を示す斜視図である。

【００１９】図８において、８１はシム、８２は圧電
体、８３は変位拡大部、８４はセンサ台座、８５は固定
具、８６ａ，８６ｂは固定用ネジ、８７はシム用配線、
８８は圧電体用配線、８９は赤外線検出部、９０は赤外
線、９１は折曲げ部である。

【００２０】リン青銅やステンレス系合金等の弾性体平
板をコの字状に折曲げることによってシム８１と変位拡
大部８３は一体的にかつ結合部よりシム８１及び変位拡
大部８３は互いに平行および同一方向に長手寸法を有す
る構成となってる。さらに変位拡大部８３において、結
合部と反対の先端は直角にかつシム８１とは反対側に折
曲げ部９１が形成されている。シム８１の表面において
圧電体８２が接着されて圧電体接着部（ユニモルフ型素
子）を形成している。

【００２１】シム８１は変位拡大部８３との結合部の反
対側の端部近傍においてセンサ台座８４と固定具８５に
よって挟まれ、さらにセンサ台座８４にはめネジ加工
が、固定具８５には孔加工が施され、固定用ネジ８６
ａ，８６ｂによって固定されている。センサ台座８４上
において赤外線検出部８９が配置され、前記の変位拡大
部８３の先端の折曲げ部９１の近傍に位置している。

【００２２】また、シム８１の固定部近傍にはシム用配
線８７が、さらに圧電体８２の接着側と反対の表面のシ
ム８１の固定部に近い位置においては圧電体用配線８８
がそれぞれ取り付けられている。ここでシム用配線８７
と圧電体用配線８８より交流信号を印加するとシム８１
と圧電体８２との間に電位差が生じ、圧電体接着部の変
位拡大部８３との結合部が変位し、これに応じて変位拡
大部先端部の折曲げ部９１も変位し、この運動によって
赤外線検出部８９の入射する赤外線９０を断続し、チョ
ッパとしての役割を果たす。

【００２３】ここで、前記構成の圧電アクチュエータ
（チョッパ）の共振特性を図９に示す。

【００２４】図９はコの字状に折曲げられたシムと変位
拡大部からなる圧電アクチュエータの共振特性の一例で
あり、縦軸はアドミッタンス、横軸は駆動周波数を示し
ている。駆動周波数ｆ₁，ｆ₂のそれぞれの周波数におい
て共振現象を有していることがわかり、これらはそれぞ
れ前記圧電アクチュエータの主に圧電体接着部の振動に
起因する共振と、主に変位拡大部の振動に起因する共振
のいずれかであり、圧電アクチュエータの構成によりい
ずれかに相当し、また構成によって駆動周波数ｆ₁とｆ₂
の差も変化する。

【００２５】前記のようにシムと変位拡大部とを結合部
から同一方向に長手寸法を有する構成とすることによ
り、駆動周波数ｆ₁とｆ₂の相対位置の操作が容易なもの
となる。例えば変位拡大部の長手寸法が一定で圧電体接
着部の固定部から圧電体までの長さのみを変化させた場
合、すなわち圧電体接着部の長手寸法のみを変化させた
場合において、当初圧電体接着部の長手寸法が短い状態
で圧電体接着部に起因する共振周波数がｆ₂に相当した
場合、すなわち圧電体接着部に起因する共振周波数が変
位拡大部に起因する共振周波数よりも高い場合、圧電体
接着部の長手寸法を段々と長くしていくと両者の共振周
波数は相対的に近づき、ある長さにおいて両者は１つの
共振として重なった状態となり、さらに圧電体接着部の
長手寸法を長くした場合には両者の相対位置は逆転し、
変位拡大部に起因する共振周波数の方が圧電体接着部に
起因する共振周波数よりも高い値を有するようになる。

【００２６】この時、駆動周波数ｆ₁とｆ₂の間を近接さ
せる構成とした場合の変位拡大部の先端の変位と、駆動
周波数の関係を図１０に示す。図１０において、縦軸は
変位拡大部の先端部の変位、横軸は駆動周波数を示して
いる。

【００２７】ｆ₁とｆ₂の間の駆動周波数において両方の
共振の影響により変位が拡大され、かつ比較的変位量が
安定な周波数領域が存在することがわかる。よって、駆
動周波数ｆ₁とｆ₂を近接させ、両周波数の間の周波数に
おいて駆動することにより共振による変位拡大効果と安
定した変位とが得られる。

【００２８】またｆ₁を圧電体接着部に主に起因する共
振周波数、ｆ₂を変位拡大部に主に起因する共振周波数
とすること、すなわち圧電体接着部に主に起因する共振
周波数よりも変位拡大部に主に起因する共振周波数の方
が高い構成を有することにより、変位は拡大されて安定
で、かつ印加した交流信号と変位拡大部の先端の時間差
が一定の周波数領域をさらに広く確保できる。

【００２９】通常の共振を利用したユニモルフ型アクチ
ュエータは変位が駆動周波数により大幅な変化を示し、
これを安定にするため共振周波数より５％程度離れた周
波数において駆動した場合、同様の変位を得るためには
高い電圧を必要とした。これに対して前記の構成を有す
る圧電アクチュエータの場合、シムが約１６mmの長手方
向の寸法を有し、変位拡大部に起因する共振周波数ｆ₂
が約１００Hz、圧電体接着部に起因する共振周波数ｆ₁
が約８５Hzとしたとき、ｆ₁とｆ₂の間で駆動した場合±
３０Ｖの交流印加により、変位拡大部の先端において
１．１±０．０５mmの変位を約６Hzの区間で得ることが
可能である。

【００３０】同様の効果は圧電体接着部の長手寸法が１
８mm以下の状態において、変位拡大部の長手寸法に応じ
てｆ₂が１２０Hz以下の構成を有する圧電アクチュエー
タの場合、ｆ₂とｆ₁の差がほぼｆ₂の５〜２５％の間に
おいて得られる。５％以内であっても同様の効果は得ら
れるが、この場合駆動を行える周波数領域が少なくなる
場合や、１方の共振が励振されなくなる場合がある。

【００３１】以上のように前記の構成とすることによ
り、共振を利用しての駆動がより低電圧で安定して行
え、駆動及び組立、部材の加工が容易になる。さらに圧
電体と接着した部分の振動量を低くできるので圧電体と
シムとの剥離が起こりにくくなる。また折曲げた構成に
より全体の長手寸法が小型化し、この構成を焦電型赤外
線センサのチョッパとして用いることにより、焦電型赤
外線センサ全体の小型化が図れ、また赤外線検出部と同
一の台座への固定を行うことで簡易に赤外線検出部との
一体化が図れ、加えて赤外線検出部の近傍を開閉するこ
とができるので、開閉の面積を少なくできてチョッパの
負担を軽減できる。さらに、低電圧での駆動により圧電
体からのノイズが赤外線検出部への影響を低減できる。

【００３２】以上の特徴を有するチョッパを簡易のため
に以下Ｗ共振型チョッパあるいはアクチュエータと呼
ぶ。

【００３３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来のＷ
共振型チョッパは、小型化と変位量の増加が図れた反
面、形状的な影響により変位拡大部の先端の変位が直線
運動から回動運動に近くなり、駆動時に折曲げ部が他の
部材と接触するといった問題が発生し、この結果焦電型
赤外線センサにおいては赤外線検出部と折曲げ部とを離
さなければならず、センサユニット全体の構造の大型化
や、チョッパに要求される変位量の増大による信頼性の
低下、入射赤外線に対する相対的な開閉面積の低下によ
るセンサの精度低下等が問題となった。

【００３４】本発明は以上のようなチョッパの小型化に
伴う弊害を解消し、赤外線検出部等他部材との接触を防
止し、焦電型赤外線センサとしての精度を確保できる圧
電アクチュエータを提供することを目的とする。

【００３５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の圧電アクチュエータは、一端を固定部に固定
した弾性部材からなるシムの他端に結合部を介してシム
とほぼ平行となる変位拡大部を一体に設け、前記シムに
分極処理された平板状の圧電体を接着し、変位拡大部の
自由端に少なくとも変位拡大部の長手方向と変位方向の
両方に対して垂直な平面をもつ変位部材を設けた構成と
したものである。

【００３６】この構成とすることにより、信頼性に富ん
だ圧電アクチュエータが得られる。

【００３７】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、一端を固定部に固定した弾性部材からなるシムの他
端に結合部を介してシムとほぼ平行となる変位拡大部を
一体に設け、前記シムに分極処理された平板状の圧電体
を接着し、変位拡大部の自由端に少なくとも変位拡大部
の長手方向と変位方向の両方に対して垂直な平面をもつ
変位部材を設けた構成であり、この構成により変位部材
は変位拡大部の変位方向と平行に移動するため変位方向
以外の方向への動きを抑え、他の部材との接触を阻止で
き小型化が図れることになる。

【００３８】請求項２に記載の発明は、変位部材を変位
拡大部と一体のもので構成してものであり、これにより
単なる折曲げによって構成できることになる。

【００３９】請求項３に記載の発明は、変位部材を変位
拡大部とは別の部材で構成したものであり、加工が容易
で材料の有効活用が図れることになる。

【００４０】請求項４に記載の発明は、変位拡大部にス
リットを設け、このスリットにより分離された部分を折
曲げて変位部材としたものであり、簡単に変位部材の形
成が可能となる。

【００４１】請求項５に記載の発明は、変位拡大部の自
由端の一部を変位拡大部の幅方向に対して１０〜９０度
の角度をなす平面部となるように折曲げて変位部材とし
たものであり、単純な折曲げ加工だけで構成でき、強度
的にも優れたものとなる。

【００４２】請求項６に記載の発明は、請求項１〜５の
いずれかに記載の圧電アクチュエータを用い、この圧電
アクチュエータの変位部材を赤外線検出部へ入射する赤
外線の断続手段とした焦電型赤外線センサであり、全体
として小型化が図れることになる。

【００４３】以下、具体的な実施の形態を図面を用いて
説明する。 （実施の形態１）図１は本発明の第１の実施の形態にお
ける圧電アクチュエータとしてのＷ共振型チョッパにお
いて変位拡大部に取り付けられる平板形状の変位部材
を、平板形状部の平面が変位拡大部の自由端の変位方向
と、前記変位拡大部において前記圧電体接着部との結合
部から自由端への方向の２方向に対して垂直な法線をも
つ平面に対して平行である構成とし、焦電型赤外線セン
サと組み合わせた一例を示す斜視図である。

【００４４】図１において、１１は弾性体平板からなる
シム、１２はこのシム１１の片面に接着した圧電体、１
３はシム１１と同じ弾性体平板からなる変位拡大部、１
４はシム１１の一端を固定する固定部、１５は圧電体用
配線、１６は赤外線検出部、１７は赤外線、１８は変位
拡大部１３の自由端に設けた変位部材、１９はシム１１
と変位拡大部１３とも連結する結合部である。

【００４５】シム１１は材質として銅、鉄系の金属平板
が主として用いられ、中でも４２アロイやスーパーイン
バーと呼ばれるような鉄とニッケル等の合金を用いるこ
とで、圧電体１２との熱膨張の差を小さくでき変位位置
の温度依存性を小さくできる。シム１１、変位拡大部１
３、変位部材１８と結合部１９は一体の金属部材により
構成され、平板形状よりそれぞれ折曲げることによって
形成されている。シム１１と変位拡大部１３は互いに平
行であり、結合部１９を介してコの字形状を成してい
る。

【００４６】シム１１には平面に対して垂直方向に分極
された圧電体１２が片面に接着されており、圧電体接着
部が構成されている。シム１１の結合部１９の反対側は
固定部１４に、ネジ止め、接着あるいは溶接等によって
固定されている。圧電体１２の表面には圧電体用配線１
５が取り付けられ、固定部１４の材質は銅等の導電性材
料とする。変位部材１８の平面部は変位拡大部１３の平
面に対してほぼ直角に折り曲げられている。

【００４７】圧電体用配線１５と固定部１４との間に交
流信号を加えることによって圧電体接着部には電界がか
かり、圧電体接着部にたわみが発生し、これにともなっ
て変位拡大部１３の自由端が変位するのは従来例に述べ
たものと同様である。変位拡大部１３の自由端の変位は
厳密に言えば回動運動であるが、特に変位量が小さい場
合には変位拡大部１３の平面に垂直な方向での直線往復
運動と見なせる。

【００４８】変位部材１８は変位拡大部１３の自由端近
傍に配置することにより最も変位量を大きくできる。か
つ変位部材１８のもつ平面は、前述した変位拡大部１３
の自由端の直線往復運動の方向と平行であり、さらに変
位拡大部１３の自由端と結合部１９を結ぶ方向、すなわ
ち変位拡大部１３の長手方向に対しても平行であるよう
に位置している。言い替えれば、変位部材１８平面は、
変位拡大部１３と変位方向の両方に垂直な法線をもつ。
変位部材１８の近傍には赤外線検出部１６が、赤外線１
７が入射してくる側の逆側に配置され、変位部材１８の
平面は赤外線１７の入射方向と直角を成している。

【００４９】全体の長手寸法が短く、かつ変位量が大き
くなると、変位は直線往復運動から回動運動へと移行し
ていく。この場合変位拡大部１３の自由端は変位拡大部
１３の長手方向に位置が変動するが、赤外線１７の入射
方向には変動しない。よって赤外線検出部１６と変位部
材１８との接触も防止できる。

【００５０】以上の構成に加え、従来例で述べたＷ共振
型チョッパの共振特性及び駆動方法を用いることによっ
て、変位部材１８の変位量を安定にかつ大きなものとで
き、焦電型赤外線センサの小型化、特性の安定化に寄与
する。また本実施の形態の構成をとることによって赤外
線検出部１６と変位部材１８との接触を防止できるの
で、両者の間隔を小さくでき、焦電型赤外線センサ全体
の小型化が図れる。

【００５１】また、通常焦電型赤外線センサはレンズ等
の集光手段を有しており、よって赤外線１７が通過する
範囲は赤外線検出部１６に近いほど狭い。ゆえに赤外線
検出部１６とチョッパによる赤外線開閉箇所が近いほど
開閉面積は小さくできるが、これは本構成のチョッパを
用いることで容易に実現でき、開閉面積の減少にともな
う変位量の減少は、チョッパへの負担を軽減でき、より
小型化及び信頼性の向上が図れる。加えて従来例に述べ
た構成では焦電型赤外線センサ全体として赤外線入射方
向に長くなったが、本構成では同方向の寸法については
短くできる。

【００５２】なお、折曲げ各部での折曲げ角は特性的に
許されれば必ずしも直角によらず、また適当なＲを設け
ることも可能であることはいうまでもない。とくに変位
部材１８については平面部と変位拡大部１３の平面部と
が直角以外でも、入射赤外線の断続という目的が達成さ
れうる開閉面積を有するならば何等差し支えない。また
平面部に変えて、例えば任意の湾曲や屈折をもった略平
面部とした場合においても効果は同様に得られることは
いうまでもない。

【００５３】（実施の形態２）図２は本発明の第２の実
施の形態における変位部材を別部材で構成したＷ共振型
チョッパを焦電型赤外線センサと組み合わせた一例を示
す斜視図である。

【００５４】図２において、２１はシム、２２は圧電
体、２３は変位拡大部、２４は固定部、２５は圧電体用
配線、２６は赤外線検出部、２７は赤外線、２８は変位
部材、２９は結合部である。

【００５５】変位部材２８と変位拡大部２３とが別部材
によって構成され、変位部材２８は２平面が直角を成す
構造を有し、うち１つの平面部分において接着などの方
法により変位拡大部２３と結合している。

【００５６】その他の構成、駆動方法、効果は実施の形
態１と同様であるが、加えて変位部材２８は折曲げ方向
が他の折曲げ部と異なるが、変位部材２８を別部材とす
ることによりこの折曲げを省略でき、曲げ加工が簡略化
され、かつシム２１、変位拡大部２３を一体で構成する
部材外形の凸部が省略されて長方形となり、同部材の加
工性を向上させ、材料のより有効活用が図れる。

【００５７】なお、折曲げの代わりに接着を用いるのは
変位部材２８のみに限らず、シム２１と変位拡大部２３
との結合にも適用できることはいうまでもない。また変
位部材２８として接着する部材は、変位方向に対して垂
直方向に大きな寸法を持つブロック形状であっても、上
記の効果は同様に得られることはいうまでもない。

【００５８】（実施の形態３）図３は本発明の第３の実
施の形態における変位部材を変位拡大部に設けられたス
リット部に隣接する部材の折曲げにより構成したＷ共振
型チョッパを焦電型赤外線センサと組み合わせた一例を
示す斜視図である。

【００５９】図３において、３１はシム、３２は圧電
体、３３は変位拡大部、３４は固定部、３５は圧電体用
配線、３６は赤外線検出部、３７は赤外線、３８は変位
部材、３９は結合部、４０はスリット部である。

【００６０】変位拡大部３３の自由端の近傍には幅方向
にスリット部４０が設けられ、これにより自由端側の部
分を折曲げることによって変位部材３８が構成されてい
る。

【００６１】その他の構成、駆動方法、効果等は実施の
形態１と同様であるが、加えて実施の形態１の変位部材
の折曲げの場合は、折曲げ前のシム、変位拡大部、結合
部と一体の部材に凸部を設けなければならず、部材の加
工が複雑になり材料的にも効率的な使用が行いにくかっ
たが、本実施の形態の構成とすることにより、以上の問
題点が解消され、より生産性が増し、材料の有効活用が
しやすくなる。

【００６２】（実施の形態４）図４は本発明の第４の実
施の形態における平板状の前記変位拡大部の一部に幅方
向と１０度以上の角度を成す折曲げ部を有するＷ共振型
チョッパを焦電型赤外線センサと組み合わせた一例を示
す斜視図である。

【００６３】図４において、４１はシム、４２は圧電
体、４３は変位拡大部、４４は固定部、４５は圧電体用
配線、４６は赤外線検出部、４７は赤外線、４８は変位
部材、４９は結合部である。

【００６４】変位拡大部４３は平板形状を有し、その先
端部において変位部材４８が折曲げ加工によって変位拡
大部４３と一体的に構成されている。なおかつ変位部材
４８の折曲げ部は直線的で、変位拡大部４３の幅方向に
対してほぼ４５度の角度を成すようにされている。変位
部材４８の先端部は変位拡大部４３と平行な方向で一部
が除去されている。また変位拡大部４３の平面部は赤外
線４７の進行方向と平行になるように配置されている。

【００６５】その他の構成及び駆動方法、効果等は実施
の形態１と同様であるが、加えて変位部材４８の構成が
折曲げによるが、上記構成は変位部材４８を形成する折
曲げ部分を変位拡大部４３上に新たに設ける必要がな
く、平板形状より構成できるので変位拡大部４３等を構
成するための部材の加工が容易であり、生産性が向上し
材料面での効率化が図れる。

【００６６】上記構成のＷ共振型のアクチュエータを焦
電型赤外線センサのチョッパとして用いる歯場合におい
ては、変位部材４８が赤外線４７の入射方向に対して十
分に開閉機能を満たす面積、すなわち遮蔽部面積を有す
るよう変位拡大部４３の幅及び折曲げ線と幅方向の角度
を設定することでチョッパとしての機能を果たす。

【００６７】折曲げ線と幅方向の成す角については、０
度であれば赤外線４７の入射に対して変位部材４８の厚
み分しか遮蔽部面積がないので開閉機能を有さず、よっ
てある角度を持たせることにより遮蔽部面積を増加させ
ることができ、十分な開閉機能を持たせることができ
る。角度が小さい場合には遮蔽部面積が小さく、９０度
では遮蔽部面積は最大にできるが、角度が大きくなるほ
ど折り曲げ線は長くなり、変位拡大部４３の長手方向に
占める寸法は大きくなり、チョッパの全体形状の大型化
につながる。よって４５度前後が比較的適すると思われ
るが、他の角度においてもチョッパとしての機能は果た
すことができる。

【００６８】変位部材４８の構成が単純な折曲げによる
ので、接着等に比べて強度的に優れ、かつねじり加工等
と比較して構成が容易である。また変位部材４８は赤外
線検出部４６と赤外線４７の入射量を適当に調整するた
め、先端部を除去するなどの形状の加工も行うことがで
きる。

【００６９】

【発明の効果】以上のように本発明は、シムと呼ばれる
弾性体平板の折曲げ、あるいは別の部材を接着等の方法
によって取り付けることにより、圧電アクチュエータに
単純形状で生産性のよい変位拡大部を容易に設けること
ができる。また変位拡大部及び圧電体接着部の各共振周
波数は、圧電体及び弾性体の厚み、長さ、幅、材質や、
圧電体の接着位置、折曲げ位置や変位拡大部の取り付け
位置、更にアクチュエータの固定位置等を操作すること
によって簡単に設定を変更できる。かつ変位拡大部を圧
電体接着部の先端近傍に取り付け、更に変位拡大部を圧
電体接着部に向かって配置する構成とすることにより、
圧電体接着部と変位拡大部の共振周波数は互いに相手の
形状によって受ける影響が少なくなり、各々の共振周波
数の操作がより容易になる。加えて、前述の操作によっ
て各共振周波数を近接させ、この間の周波数において駆
動を行うことで両方の共振によって変位は効率よく拡大
され、アクチュエータの小型化が図れる。合わせて、両
共振周波数の間では両共振変位の感度傾度が逆であり、
よって傾度の相殺効果により変位の周波数依存性が低下
し変位が安定する。さらに両共振ともに一定に距離を持
って駆動しており、変位感度が落ちた領域で駆動を行っ
ていることから、温度変化等の外乱による共振周波数の
変動に対して安定した変位を確保でき、なおかつ同様の
理由により組み立てばらつきによる変位特性の変動を小
さく抑えられる。

【００７０】さらに上記アクチュエータの先端に変位部
材を配置する場合、変位部材の平面部の法線が変位拡大
部の長手方向と、変位方向の両方に垂直であるように配
置することで変位部材面は変位方向と平行に移動させる
ことができ、変位拡大部の先端の変位量が大きくなった
場合における回動運動による変位方向以外の方向への変
位部材の動きを抑え、他の部材との接触を防止できる。
以上の構成のＷ共振型アクチュエータを焦電型赤外線セ
ンサ用チョッパとして用いることで、赤外線検出部とチ
ョッパの遮蔽部すなわち変位部材の距離を小さくでき、
よって特に赤外線をレンズ等で集光させた場合には、チ
ョッパの開閉面積を小さくでき、チョッパに要求される
変位量を小さくできる。これによりチョッパの形状を小
さくできて焦電型赤外線センサ全体の小型化に寄与し、
またチョッパの機械的な負荷と低減できて信頼性が向上
し、かつチョッパ駆動に要する電力を小さくできる。

【００７１】また変位拡大部において、幅方向に対して
４５度を初めとする０度以外の角度を持たせた折り曲げ
加工により変位部材を形成することで、加工が容易でか
つ上記と同様に変位部材の他部材との接触を防止し、焦
電型赤外線センサのチョッパとしても用いることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の圧電アクチュエー
タの構成を示す斜視図

【図２】本発明の第２の実施の形態の圧電アクチュエー
タの構成を示す斜視図

【図３】本発明の第３の実施の形態の圧電アクチュエー
タの構成を示す斜視図

【図４】本発明の第４の実施の形態の圧電アクチュエー
タの構成を示す斜視図

【図５】従来の圧電アクチュエータを用いたチョッパの
構成を示す斜視図

【図６】従来の共振を用いたチョッパおよび焦電型赤外
線センサの構成を示す斜視図

【図７】従来の共振を用いたチョッパに使用のシムを示
す斜視図

【図８】従来のＷ共振型チョッパの構成を示す斜視図

【図９】従来のＷ共振型アクチュエータのアドミッタン
ス特性図

【図１０】従来のＷ共振型アクチュエータの変位特性図

【符号の説明】

１１，２１，３１，４１ シム １２，２２，３２，４２ 圧電体 １３，２３，３３，４３ 変位拡大部 １８，２８，３８，４８ 変位部材 １９，２９，３９，４９ 結合部

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一端を固定部に固定した弾性部材からな
   るシムの他端に結合部を介してシムとほぼ平行となる変
   位拡大部を一体に設け、前記シムに分極処理された平板
   状の圧電体を接着し、変位拡大部の自由端に少なくとも
   変位拡大部の長手方向と変位方向の両方に対して垂直な
   平面をもつ変位部材を設けた圧電アクチュエータ。
2. 【請求項２】 変位部材を変位拡大部と一体のもので構
   成してなる請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
3. 【請求項３】 変位部材を変位拡大部と別部材で構成し
   た請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
4. 【請求項４】 変位拡大部にスリットを設け、このスリ
   ットにより分離された部分を折曲げて変位部材とした請
   求項１に記載の圧電アクチュエータ。
5. 【請求項５】 変位拡大部の自由端の一部を変位拡大部
   の幅方向に対して１０〜９０度の角度をなす平面部とな
   るように折曲げて変位部材とした請求項１に記載の圧電
   アクチュエータ。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれかに記載の圧電ア
   クチュエータを用い、この圧電アクチュエータの変位部
   材を赤外線検出部へ入射する赤外線の断続手段とした焦
   電型赤外線センサ。