JPS60210171A - アクチユエ−タ - 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】 本発明は、アクチュエータに関し、一層詳細には一方の
駆動体における軸方向の変位を他方の駆動体において増
幅して機械的変位とするように構成したアクチュエータ
に関する。

油圧または空気圧等の流体エネルギを用いて機械的な仕
事をする機器、すなわち、アクチュエータとして油圧シ
リンダあるいは空気圧シリンダが広汎に採用されている
。この油圧シリンダまたは空気圧シリンダは大きい駆動
力が得られるために相当普及している。然しなから、こ
れらはそのシリンダに油、空気を送り込むための油圧供
給系、空気圧供給系を配設しなければならないため装置
全体として大型化せざるを得す、例えば、極少な空間に
組み込もうとするとき克服できない難点を露呈する。し
かも、下、般的には電磁弁を組み込んで流体の制御を行
うために周波数応答性が悪い、すなわち、制御能力が些
程に期待できないという問題点がある。一方、所定の極
性で電圧を印加すると変位を生ずる圧電素子に着目し、
逆圧電効果を利用してアクチュエータとすることも可能
であるが個々の圧電素子の機械的変位量は僅かであるた
めに相当数積層しなければ所期の目的に沿うアクチュエ
ータを確保することが困難であった。

そこで、本発明者等は、鋭意考究並びに工夫を重ねた結
果、比較的数の少ない圧電素子を積層して圧電素子群を
形成し、この圧電素子群の一端部または両端部に係止部
材を固着すると共に前記係止部材に剛性に富む板体を係
着し、印加電圧の極性に応じて伸長または収縮する圧電
素子群の変位を前記板体に伝達するようにしておけば、
板体はその剛性によって圧電素子群の変位量を太き（増
幅して客体を駆動することができるようになりしかも応
答性の速いアクチュエータが得られ前記の問題点が一掃
できることが判った。

従って、本発明の目的は、圧電素子の小さな変位量を他
の媒体を介して大きな変位量として取り出し、これを駆
動源とするアクチュエータを提供するにある。

前記の目的を達成するために、本発明は、板体と、前記
板体の長手方向に移動自在な変位部材とからなり、前記
変位部材に前記板体を係合して変位部材の付勢作用下に
前記板体をその移動方向に対し所定角度をもって変位さ
せその変位量により客体の動作制御を行うよう構成する
ことを特徴とする。

次に、本声明に係るアクチュエータにつき好適な実施例
を挙げ添付の図面を参照して以下詳細に説明する。

第１図において参照符号１０は基台を示し、この基台１
０の両端部に係止部材１２ａ　、１２ｂが立設される。

前記係止部材１２ａ　、１２ｂの側部に圧電素子１４を
多数個積層した圧電素子群１６ａ　、１６ｂを夫々係止
する。圧電素子群１６ａ　、１６ｂの端部には、溝１８
ａ　、　１８ｂを刻設した係着部材２０ａ、２０ｂを固
着しておく。このように形成された溝１８ａ　、　１８
ｂに剛性に富む金属からなる板体２２を橋架する。前記
板体２２の頂部には被変位客体（図示せず）に当接する
ためのアタッチメント２４を取着しておき、一方、前記
板体２２の裏面にアタッチメント２４に対応させて助勢
装置としてコイルスプリング２６およびダンパ２８を装
着しておく。なお、図中、参照符号３０は、圧電素子群
１６ａ　、１６ｂに所定の電圧を印加するための電源回
路である。

そこで、以上のように構成されるアクチュエータに電源
回路３０から所定の極性で電圧を印加すると圧電素子群
１６ａ　、１６ｂは、実線で示す矢印方向へ伸長し係着
部材２０ａ　、２Ｏｂ間の距離Ｌ１は収縮、する。この
結果、板体２２はコイルスプリング２６とダンパ２８の
助勢下に所定の速度で上方向へ湾曲し、前記被変位客体
に当接してこれを変位させることができる。この時、夫
々の圧電素子群１６ａ　、１６ｂによりもたらされる変
位量は僅かであるが、コイルスプリング２６の助勢と相
俟って剛性に富む板体２２は、大きな変位量Δｙを生起
することができる。電源回路３ｏを開成すれば、板体２
２は原位置に復帰することは勿論である。すなわち、こ
の構成からは往復形のアクチュエータを得ることができ
る。

第２図に本発明に係るアクチュエータの別の実施例を示
す。この場合、第１図に示す実施例と同一の参照符号は
同一の構成要素を示すものとする。

そこで、この実施例では、前記板体２２に代えてリンク
機構３２を採用している。すなわち、圧電素子群１６ａ
　、　１６ｂの先端部に係着されている係着部材２０ａ
　、２０ｂにリンク機構３２を構成するロッド３４ａ　
、　３４ｂの夫々の端部を係止している。

従って、前記実施例と同様に電源回路３０により前記圧
電素子群１６ａ　、１６ｂに所定の極性で電圧を印加す
ると圧電素子群１６ａ　、　１６ｂによりもたらされた
その間の距離Ｌ２の変位量はコイルスプリング２６とダ
ンパ２８により一定の速度でリンク機構３２に伝達され
、その中央部分をΔｙ上昇させて所定の運動すなわち、
被変位客体の移動を行うことになる。

第３図に、第２図に示したリンク機構の変形例を採用し
たアクチュエータを例示する。この場合も、第１図並び
に第２図に示す実施例と同一の参照符号は、同一の構成
要素を示すものとし、以下同様とする。

そこで、この実施例では係着部材２０ｂの楔状の溝１８
ｂに代替して球状凹部３６ｂを採用している。一方、両
端部に球状体３８ａ　、３８ｂを有するロッド４０を用
意し、前記球状体３８ｂを前記球状凹部３６ｂに嵌合し
ている。一方、コイルスプリング２６およびダンパ２６
に連結する駆動体４２にも同様に球状凹部３６ａを形成
しておく。そこで、電源回路３０を付勢して所定の極性
で電圧を前記圧電素子群１６ｂに印加すると、その実線
矢印へ指向する変位は、ピボット状に接続されている球
状凹部３６ｂと球状体３８ｂおよび球状凹部３６ａと球
状体３８ａとによりその方向を上へと変位させられてロ
ッド４０に伝達する。結局、駆動体４２をΔｙ変位させ
ることになる。電源回路３０の減勢によって駆動体４２
も原位置に復帰することは当然である。すなわち、この
場合も、往復型のアクチュエータとして利用することが
できる。

以上のような往復型のアクチュエータは、第４図に示す
実施例によってその効果を顕著にすることが可能となる
。すなわち、一対の圧電素子群４４ａ　、　４４ｂと他
の一対の圧電素子群４６ａ１４６ｂとを一組用意し、夫
々の圧電素子群の先端部に係着された係着部材４８ａ　
、　４８ｂ　、　５０ａ　、５０ｂの楔状溝部を利用し
て板体５２ａ　、５２ｂを図の如く橋架する。板体５２
ａ　、　５２ｂの頂部には、夫々支承部材５４ａ　、５
４ｂを係着し、さらにこれらの支承部材５４ａ　、　５
４ｂにもう一枚の板体５６を横架する。

そこで、以上の如き構成において、図示しない電源回路
を付勢すれば、圧電素子群４４ａ　、４４ｂおよび圧電
素子群４６ａ　、４６ｂは、内方に向けて伸長するため
に板体５２ａ　、５２ｂをΔＸだけ寒位させる。この結
果、前記板体５２ａ　、５２ｂ間の相対距１ｉ１１Ｌ３
が短くなるために板体５６はその変位量が増幅されて変
位することになる。従って、板体５６にアタッチメント
２４を装着し、これを被変位客体（図示せず）に当接さ
せれば、当該客体の顕著な変位が得られることになる。

以上のような基本的動作を行うアクチュエータを流体制
御弁に応用した実施例を第５図に示す。

すなわち、どの実施例では、−組のコ字状体６０ａ　、
　６０ｂを対置し、このコ字状体６０ａ　、６０ｂの先
端部に夫々第１圧電素子群６２、第２圧電素子群６４、
第３圧電素子群６６および第４圧電素子群６８を係着す
る。第１圧電素子群６２と第２圧電素子群６４との間に
は第１ポート７０が穿設された流体導出部材７２を配設
し、一方、第３圧電素子群６６と第４圧電素子群６８と
の間には第２ボート７４が穿設された流体導入部材７６
を配設する。コ字状体６０ａ　、　６０ｂの略中間部に
は楔状の溝７８ａ、７８ｂを夫々形成し、この溝７８ａ
　、７８ｂを利用して剛性に富む板体８０を横架する。

板体８０の頂部には前記第１ボート７０に臨む弁体８２
を固着しておく。なお、図中参照符号８４は、流体用第
３ボートである。

そこで、以上のように構成される流体導出部材７２と流
体導入部材７６とを変位不能にしておき圧電素子群６２
乃至６８を所定の電圧極性で付勢する。この結果、−組
のコ字状体６０ａ　、６０ｂが実線矢印方向に変位する
ために板体８０は湾曲する。

そして、弁体８２は、第１ポート７０を閉塞し流体の制
御をはかることが可能となる。

次に、ノズルフラッパに応用した実施例を第６図に示す
。

ノズルフラッパ９０は、この場合、第１の圧電素子群９
２ａ　、９２ｂとこれに平行な第２の圧電素子群９４ａ
　、９４ｂとを挟持する変形した一組のヨ字状体９６．
９８を含み、前記ヨ字状体９８には供給圧力を絞るオリ
フィス１００が形成されている。

さらに前記の一組のヨ字状体９６．９８の下部には、夫
々、楔状の溝１０２．１０４を形成し、これ憾、剛性に
冨む板体１０６を橋架する。第２圧電素子群９４ａ　、
　９４ｂは、その略中央部に前記板体１０６の頂部に対
峙するノズル１０Ｂを有すると共に第１圧電素子群９２
ａ　、９２ｂも同様にその略中央部にノズル背圧を出力
するポート１１０を有する。

従って、前記第１圧電素子群９２ａ　、９２ｂと第２圧
電素子群９４ａ　、９４ｂとに同時に所定の極性で電圧
を印加すれば、これらの圧電素子群９２ａ、９２ｂは、
実線矢印で示す方向に収縮し、ヨ字状体９６．９８間の
距離Ｌ４を縮める。この結果、板体１０６は湾曲してノ
ズル１０８に当接してボート１１０から外部へ導出され
る流体出力を制御することができる。

次に、以上の如き基本的な動作原理を応用した光信号の
送信切換装置について第７図を参照して説明する。

この実施例では、楔状の溝１１２．１１４を刻設した一
組の保持部材１１６．１１Ｂの中央部に圧電素子群１２
０を介装する。一方、前記溝１１２．１１４に剛性に富
む板体１２２を橋架すると共にその略頂部に送信用光フ
ァイバ１２４を固着する。なお、図中、参照符号１２６
．１２Ｂは、上下関係で配置された受信用光ファイバで
ある。

そこで、以上のような構成で圧電素子群１２０に所定の
極性で電圧を印加すると保持部材１１６．１１８間の距
離Ｌ５が収縮し、この結果、板体１２２は上方に湾曲す
る。このため、光ファイバ１２４は上昇してその端面ば
上方にある光ファイバ１２６に対峙することになる。結
局、光ファイバ１２４を介して導出される光出力信号は
、光ファイバ１２６を介して図示しない受信機器に受信
されることになる。一方、圧電素子群１２０に前記と逆
の極性で電圧を印加するばこの圧電素子群は、距離Ｌ５
を拡大する方向に伸長するために板体１２２もその剛性
を弛緩されて下降する。この結果、光ファイバ１２４は
下降してその端面は下方にある光ファイバ１２８に対峙
することになる。

この場合、光ファイバ１２４を介して導出される光出力
信号は、光ファイバ１２Ｂを介して受信機器（図示せず
）に受信されることになる。こ、のようにして光信号の
送信回路の切換が達成される。

次に、以上のように剛性に富む板体の湾曲作用を利用し
てスイッチング動作を行う場合の実施例を第８図乃至第
１０図に示す。なお、これらの実施例において、第７図
の参照符号と同一の参照符号は、同一の構成要素を示す
ものとする。

そこで、第８図の実施例では板体１２２の頂部にアタッ
チメント１３０を固着すると共にこのアタッチメント１
３０から垂直方向にロッド１３２を延在させてスイッチ
ング素子１３４を保持するロッド１３６に係止した。な
お、前記スイッチング素子１３４の上下方向両側にター
ミナル１３７．１３８を対峙させ夫々のターミナル１３
７．１３Ｂをロッド１４０．１４２で保持している。

以上のような構成では圧電素子群１２０に所定の極性で
電圧が印加されそれが収縮することにより板体１２２は
上方に指向して湾曲する。このため、ロッド１３０はス
イッチング素子１３４を上昇させこのスイッチング素子
１３４は、ターミナル１３７と接触するために電気回路
を兼ねるロッド１４０、ロッド１３６は閉路されて図示
しない当該電気回路を付勢することになる。一方、圧電
素子群１２０に逆極性の電圧が印加されそれが伸長する
と板体１２２は下降し、この結果、スイッチング素子１
３４は、ターミナル１３８と接触する。

このため、別の電気回路を兼ねるロッド１４２は、ター
ミナル１３８の接触により閉路されて図示しない当該電
気回路を付勢することになる。

第９図に示す実施例は、第８図に示すそれと基本的に同
じである。然しなから、この実施例ではアクンチメント
１３０自体が電気回路の一部を構成すると共にこのアタ
ッチメントの上下方向にターミナル１４４．１４６を対
称的に配設している。

従って、前記と同様に圧電素子群１２０に印加される電
圧極性に応じて板体１２２が上下方向に変位するために
ターミナル１４４．１４６とアタッチメント１３０との
間に電気回路の開閉が行われることになる。

なお、第１１図は、前記のような実施例において、板体
１２２を上昇並びに下降する駆動源として圧電素子群１
２０に代替して電磁力利用によるアクチュエータ１４８
を採用している点が異なる。

従って、この場合、保持部材１１８は、アクチェエータ
１４８の付勢下に板体１２２の長手方向に変位自在なロ
ッド１５０に保持されている。

ところで、以上のような変位は、一方向、すなわち、図
において上下方向のみには限定されない。例えば、第１
１図に示すようにＸとＹの二方向に対しても組み合わせ
利用して変位させることが可能である。すなわち、この
実施例では、第７図に示すアクチュエータを垂直方向に
配置すると共に板体１２２を別異のアクチュエータ１５
２を構成する保持部材１５４に係止している。この保持
部材１５４は、対面する保持部材１５６と共に板体１５
８を湾曲状態で保持するが、さらに保持部材１５４と１
５６とで圧電素子群１６０を挟持する。

なお、夫々の保持部材１５４．１５６にはローラ１６２
．１６４が軸支されている。

従って、以上のような配置構成で先ず圧電素子群１２０
を付勢する。この結果、圧電素子群１２０が収縮すれば
、板体１２２はΔＸだけ変位するために別異のアクチュ
エータ１５２も同様にΔＸだけＸ軸方向に変位する。そ
こで、圧電素子群１６０を収縮するように付勢すれば、
その収縮力は板体１５８をさらに湾曲させ変位λＹを生
起することになる。この時、前記板体１５８にワーク１
６６が載置固定されていれば、当該ワーク１６６は、Ｘ
軸方向とＹ軸方向の変位が得られることになる。

本発明によれば、以上のように圧電素子のような変位量
の少ないもと剛性に富む板体等を組み合わせて、極少な
変位を太き（増幅し、これによって被変位客体をアクチ
ュエートすることができるようになった。

従って、比較的小さい装置でありながら大きなしかも周
波数応答がよく安定した移動動作が得られ、さらに数種
を組み合わせることにより変位の方向性も自在なアクチ
ュエータとすることができる。

さらにまた、圧電素子群等の電気的に制御が可能な駆動
体を使用するために、通常有するコンプレッサ、ポンプ
等の付帯装置を必要とすることなく、より一部コンパク
トにすることができる等種々の効果を奏する。

以上、本発明に係るアクチュエータにつき好適な実施例
を挙げて説明したが、本発明はこの実施例に限定される
ものではなく、例えば、ダッシュボットを組み込み板体
の変位に対してその衝撃を緩和して動作を安定すること
も可能である等、本発明の要旨を逸脱しない範囲におい
て種々の改良並びに設計変更が可能であることは勿論で
ある。

【図面の簡単な説明】

図は、本発明に係るものであり、第１図は、基台上に配
置された一組の圧電素子群に板体を組み込んだ状態の正
面説明図、第２図は、−組の圧電素子群にリンク機構を
組み込んだ状態の正面説明図、第３図は、圧電素子群と
駆動体とをロッドを介してピボット的に接続し圧電素子
群の変位動作を前記駆動体に及ぼすように構成した状態
の正面説明図、第４図は、圧電素子群に保持された板体
を一組対峙させると共にこれらの板体にさらに板体を係
着して圧電素子群と板体との変位方向を一致させ且つ変
位量を拡大するように構成した説明図、第５図は、流体
制御弁に圧電素子群と板体とを組み込んだ状態の説明図
、第６図は、ノズルフラッパに圧電素子群と板体とを組
み込んだ状態の説明図、第７図は、圧電素子群の付勢乃
至減勢で変位する板体の動作で電気回路の開閉を行うよ
う構成したスイッチング装置の説明図、第１０図は、圧
電素子に代えて電磁式駆動機構を採用した板体の変位を
行うための説明図、第１１図は、圧電素子群により挟持
される板体を二組用意してＸ軸方向とＹ軸方向とに変位
量を得るように構成した説明図である。 １０・・基台　１２・・係止部材 １４・・圧電素子　１６・・圧電素子群１８・・溝　２
０・・係着部材 ２２・・板体　２４・・アクソチメント２６・・コイル
スプリング ２Ｂ・・ダンパ　３０・・電源回路 ３２・・リンクＷ９．ｊＲ３４・−ロッド３６・・球状
凹部　３８・・球状体 ４０・・ロッド　４２・・駆動体 ４４．４６・・電圧素子群　４８．５０・・係着部材５
２・・板体　５４・・支承部材 ５６・・板体　６０・・コ字状体 ６２・・第１圧電素子群　６４・・第２圧電素子群６６
・・第３圧電素子群　６８・・第４圧電素子群７０・・
第１ポート７２・・流体導出部材７４・・第２ポート７
６・・流体導入部材７８・・溝　８０・・板体 ８２・・弁体 ８４・・流体用第３ポート ９０・・ノズルフラッパ　９２・・第１圧電素子群９４
・・第２圧電素子群　９６．９８・・ヨ字状体１００・
・オリフィス　１０２．１０４　・・溝１０６・・板体
　１０８・・ノズル １１０・・ポート　１１２．１１４　・・溝１１６．１
１８　・・保持部材 １２０・・圧電素子群　１２２・・板体１２４・・光フ
ァイバ １２６．１２８　・・受信用光ファイバ１３０・・アク
ソチメント１３２・・ロッド１３４・・スイッチング素
子 １３６・・ロッド　１３７・１３８　・・ターミナル１
４０・１４２　・・ロッド　１４４．１４６　・・ター
ミナル１４８・・アクチュエータ１５０・・ロッド１５
２・・アクチュエータ１５４．１５６　・・保持部材１
５８・・板体　１６０・・圧電素子群１６２．１６４　
・・ローラ　１６６・・ワーク特許出願人　焼結金属工
業株式会社 特許庁長官　志　賀　学　殿 １．事件の表示 昭和５８年　特許願　第２２０２８Ｅ；号２、発明の名
称 アクチュエータ ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住　所　東京都港区新橋１−１６−４ 名　称　焼結金属工業株式会社 ４、代理人 ５、補正命令の日付 昭和６０年４月１０日 （昭和６０年４月３０日発送） 特願昭筒５８−２２０２８６号 補　正　書 １、明細書「図面の簡単な説明」の欄の中、第１９頁第
６行の 「・・・装置の説明図、」の後に次の通り挿入します。 ［第８図並びに第９図は板体にアクソチメントを固着し
、このアクソチメントからロッドを延在させてスイッチ
ング素子を保持するよう構成した状態の正面説明図、」 特許出願人　焼結金属工業株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １１）　板体と、前記板体の長手方向に移動自在な変位
   部材とからなり、前記変位部材に前記板体を係合して変
   位部材の付勢作用下に前記板体をその移動方向に対し所
   定角度をもって変位させその変位量により客体の動作制
   御を行うよう構成することを特徴とするアクチュエータ
   。、。 （２、特許請求の範囲第１項記載のアクチュエータにお
   いて、変位部材は、圧電素子群からなるアクチュエータ
   。 （３）特許請求の範囲第１項記載のアクチュエータにお
   いて、変位部材は、電磁駆動機構からなるアクチュエー
   タ。 （４）　特許請求の範囲第１項記載のアクチュエータに
   おいて、板体にその動作を助勢するコイルスプリングお
   よび／またはダンパを付設してなるアクチュエータ。 （５）特許請求の範囲第１項記載のアクチュエータにお
   いて、客体は、流体制御弁からなるアクチュエータ。 （６）　特許請求の範囲第１項記載のアクチュエータに
   おいて、客体は、ノズルフランパからなるアクチュエー
   タ。 （７）　特許請求の範囲第１項記載のアクチュエータに
   おいて、客体は、少なくとも二本の受信用光ファイバに
   臨む送信用光ファイバからなるアクチュエータ。 （８）　特許請求の範囲第１項記載のアクチュエータに
   おいて、客体は、スイッチング装置からなるアクチュエ
   ータ。