JP6909475B2 - アクチュエータおよび伸縮素子のリード線引き出し方法 - Google Patents

アクチュエータおよび伸縮素子のリード線引き出し方法 Download PDF

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Description

本発明は、圧電素子のような伸縮素子と、伸縮素子の端部を固定する固定部材とを有するアクチュエータ、および伸縮素子のリード線引き出し方法に関する。
何かを「動かす」ための機構であるアクチュエータは、各種産業機械、自動車、航空機、医療関連機器を始め、身の回りの電気製品に至るまで、あらゆるものに利用されている。アクチュエータは、例えば、産業機構においてはソレノイドやエアバルプ等、パソコンにおいてはハードディスクドライブに対して読み取りおよび書き込みを行うための磁気チップを移動させる移動機構等、また、携帯電話においては振動を発生するバイブレーションモータ等として利用されている。
圧電素子等の伸縮素子を実際のアクチュエータ等に適用する場合、素子の端部は固定部材に固定される。固定部材の例としては、圧電素子の変位を拡大する変位拡大機構(特許文献1)や、圧電素子に予め圧縮力を与える与圧機構(特許文献2)を挙げることができる。
特開2004−48955号公報 特開2016−34225号公報
ところで、圧電素子のような伸縮素子は、電圧を印加されることにより伸縮するため、給電のためのリード線が必要である。伸縮素子が固定部材により固定されている場合、通常、伸縮素子のリード線は固定部材の外側を通って引き出される。
しかしながら、薄型化が要求されるアクチュエータでは固定部材の外側を通るリード線自体が薄型化を妨げる場合がある。
したがって、本発明は、伸縮素子に給電するためのリード線により薄型化が妨げられることのないアクチュエータ、および伸縮素子のリード線引き出し方法を提供することを課題とする。
上記課題を解決するため、本発明は、以下の(1)〜()を提供する。
(1)給電されることにより所定方向に伸縮変位する伸縮素子と、
前記伸縮素子の外側を囲むように設けられ、前記伸縮素子の変位を拡大する変位拡大機構と、
を有するアクチュエータであって、
前記変位拡大機構は、前記伸縮素子の長さ方向の一端面および他端面がそれぞれ取り付けられる一対の取り付け部材と、一対の前記取り付け部材を連結するように、前記伸縮素子の一方側の側面および他方側の側面にそれぞれ設けられ、前記伸縮素子の変位が伝達されて拡大された変位を出力する第1の変位伝達部と第2の変位伝達部と、を有し、
前記伸縮素子には給電のためのリード線が接続され、前記リード線は、前記変位拡大機構の前記取り付け部材の内部を通って引き出されることを特徴とするアクチュエータ。
(2)給電されることにより所定方向に伸縮変位する伸縮素子と、
前記伸縮素子の両端部を固定し、前記伸縮素子に圧縮力を与える与圧機構と、
前記与圧機構の外側を囲むように設けられ、前記伸縮素子の変位を拡大する変位拡大機構と、
を有するアクチュエータであって、
前記与圧機構は、前記伸縮素子の長さ方向の一端面および他端面がそれぞれ取り付けられる一対のヘッド部と、一対の前記ヘッド部の間にかけ渡され、前記伸縮素子に圧縮力を付与する圧縮力付与部材と、を有し、
前記変位拡大機構は、前記伸縮素子の長さ方向の一端面および他端面がそれぞれ一対の前記ヘッド部を介して取り付けられる一対の取り付け部材と、一対の前記取り付け部材を連結するように、前記伸縮素子の一方側の側面および他方側の側面にそれぞれ設けられ、前記伸縮素子の変位が伝達されて拡大された変位を出力する第1の変位伝達部と第2の変位伝達部と、を有し、
前記伸縮素子には給電のためのリード線が接続され、前記リード線は、前記与圧機構の前記ヘッド部および前記変位拡大機構の前記取付け部材の内部を通って引き出されることを特徴とするアクチュエータ。
)給電されることにより所定方向に伸縮変位する伸縮素子と、
前記伸縮素子の両端部を固定し、前記伸縮素子に圧縮力を与える与圧機構と、
前記与圧機構の外側を囲むように設けられ、前記伸縮素子の変位を拡大する変位拡大機構と、
を有するアクチュエータであって、
前記与圧機構は、前記伸縮素子の長さ方向の一端面および他端面がそれぞれ取り付けられる一対のヘッド部と、前記一対のヘッド部の間にかけ渡され、前記伸縮素子に圧縮力を付与する圧縮力付与部材と、を有し、
前記変位拡大機構は、前記伸縮素子の長さ方向の一端面および他端面がそれぞれ前記一対のヘッド部を介して取り付けられる一対の取り付け部材と、前記一対の取り付け部材を連結するように、前記伸縮素子の一方側の側面および他方側の側面にそれぞれ設けられ、前記伸縮素子の変位が伝達されて拡大された変位を出力する第1の変位伝達部と第2の変位伝達部と、を有し、
前記与圧機構の前記ヘッド部と前記変位拡大機構の前記取付け部は、軸方向に貫通孔を有する中空ネジにより締結され、
前記伸縮素子には給電のためのリード線が接続され、前記リード線は、前記中空ネジの貫通孔を通って引き出されることを特徴とするアクチュエータ。
)給電されることにより所定方向に伸縮変位する伸縮素子と、前記伸縮素子の外側を囲むように設けられ、前記伸縮素子の変位を拡大する変位拡大機構と、を有し、前記変位拡大機構は、前記伸縮素子の長さ方向の一端面および他端面がそれぞれ取り付けられる一対の取り付け部材と、一対の前記取り付け部材を連結するように、前記伸縮素子の一方側の側面および他方側の側面にそれぞれ設けられ、前記伸縮素子の変位が伝達されて拡大された変位を出力する第1の変位伝達部と第2の変位伝達部と、を有するアクチュエータにおいて、前記伸縮素子のリード線を引き出す伸縮素子のリード線引き出し方法であって、
前記リード線を、前記変位拡大機構の前記取り付け部材の内部を通って引き出すことを特徴とするリード線の引き出し方法。
)給電されることにより所定方向に伸縮変位する伸縮素子と、前記伸縮素子の両端部を固定し、前記伸縮素子に圧縮力を与える与圧機構と、前記与圧機構の外側を囲むように設けられ、前記伸縮素子の変位を拡大する変位拡大機構と、を有し、前記与圧機構は、前記伸縮素子の長さ方向の一端面および他端面がそれぞれ取り付けられる一対のヘッド部と、一対の前記ヘッド部の間にかけ渡され、前記伸縮素子に圧縮力を付与する圧縮力付与部材と、を有し、前記変位拡大機構は、前記伸縮素子の長さ方向の一端面および他端面がそれぞれ一対の前記ヘッド部を介して取り付けられる一対の取り付け部材と、一対の前記取り付け部材を連結するように、前記伸縮素子の一方側の側面および他方側の側面にそれぞれ設けられ、前記伸縮素子の変位が伝達されて拡大された変位を出力する第1の変位伝達部と第2の変位伝達部と、を有するアクチュエータにおいて、前記伸縮素子のリード線を引き出す伸縮素子のリード線引き出し方法であって、
前記リード線を、前記与圧機構の前記ヘッド部および前記変位拡大機構の前記取付け部材の内部を通って引き出すことを特徴とするリード線の引き出し方法。
)給電されることにより所定方向に伸縮変位する伸縮素子と、前記伸縮素子の両端部を固定し、前記伸縮素子に圧縮力を与える与圧機構と、前記与圧機構の外側を囲むように設けられ、前記伸縮素子の変位を拡大する変位拡大機構と、を有し、前記与圧機構は、前記伸縮素子の長さ方向の一端面および他端面がそれぞれ取り付けられる一対のヘッド部と、前記一対のヘッド部の間にかけ渡され、前記伸縮素子に圧縮力を付与する圧縮力付与部材と、を有し、前記変位拡大機構は、前記伸縮素子の長さ方向の一端面および他端面がそれぞれ前記一対のヘッド部を介して取り付けられる一対の取り付け部材と、前記一対の取り付け部材を連結するように、前記伸縮素子の一方側の側面および他方側の側面にそれぞれ設けられ、前記伸縮素子の変位が伝達されて拡大された変位を出力する第1の変位伝達部と第2の変位伝達部と、を有し、前記与圧機構の前記ヘッド部と前記変位拡大機構の前記取付け部は、軸方向に貫通孔を有する中空ネジにより締結されるアクチュエータにおいて、前記伸縮素子のリード線を引き出す伸縮素子のリード線引き出し方法であって、
前記リード線を前記中空ネジの貫通孔を通って引き出すことを特徴とする伸縮素子のリード線引き出し方法。
本発明によれば、伸縮素子のリード線は、伸縮素子の端部が固定される固定部材の内部を通って引き出されるので、伸縮素子に給電するためのリード線により薄型化が妨げられることがない。
本発明の第1の実施形態に係るアクチュエータを示す平面図である。 図1のアクチュエータを示すII−II線による断面図である。 図1のアクチュエータの要部を示す断面図である。 従来のアクチュエータのリード線の引き出し形態を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係るアクチュエータのリード線の引き出し形態を示す斜視図である。
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図1は本発明の第1の実施形態に係るアクチュエータを示す平面図、図2は図1のアクチュエータを示すII−II線による断面図である。
である。
アクチュエータ100は、図1に示すように、所定方向に伸縮する伸縮素子1と、伸縮素子に与圧を与える与圧機構10と、伸縮素子の変位を拡大する変位拡大機構20とを有する。
伸縮素子1は、例えば、10mm×10mmの板状の圧電体が電極を挟んで複数積層されて任意の長さ、例えば40mmの長さにされた直方体をなす圧電素子として構成されている。伸縮素子1を構成する圧電素子は、図2に示すように、その側面に2つの電気端子2を備えており、電気端子2にはそれぞれリード線3が接続されている。そして、外部の電源(図示せず)からリード線3および電気端子2を介して伸縮素子1に電圧が印加されるようになっており、伸縮素子1は電圧の印加により伸長するようになっている。圧電体を構成する圧電材料としては、圧電効果を有するセラミック材料が用いられ、そのような材料として、典型的にはチタン酸ジルコン酸鉛(Pb(Zr,Ti)O;PZT)を挙げることができる。伸縮素子1の形状は直方体に限らず、例えば三角柱や六角柱等の多角柱であっても、円柱であってもよい。なお、伸縮素子1としては圧電素子に限らず、所定方向に伸縮する素子であればよく、磁界に応じて変位する磁歪素子、温度に応じて変位する形状記憶合金素子等を用いることができる。これらを用いる場合は、電圧を適宜の手段で磁界や温度に変換して用いることにより電圧に応じた変位を実現することができる。
与圧機構10は、伸縮素子1が引張力に対して弱いセラミック材料からなる場合に、伸縮素子1から生じる力に対して1/5〜1/2程度の圧縮力を与えておくためのものであり、伸縮素子1の伸縮方向(長さ方向)の一端面および他端面に接着により固定された一対のヘッド部11a,11bと、これら一対のヘッド部11aおよび11bの間に架け渡されるように設けられた直線状をなす2本の圧縮力付与部12とを有している。ヘッド部11a,11bと圧縮力付与部12は一体となっている。
伸縮素子1を与圧機構10に装着する際には、与圧機構10に対して、伸縮素子1の伸長方向に引張力を作用させて圧縮力付与部12を伸長させた状態で伸縮素子2を一対のヘッド部11a,11b間に装着し、その後、引張力を解除する。これにより、伸縮素子1に引張力に対応する圧縮力が付与された状態とされる。
ヘッド部11aおよび11bには、それぞれ、与圧機構10と変位拡大機構20とを締結するためのネジが螺合されるネジ穴13aおよび13bが形成されている。
変位拡大機構20は、可撓性を有するヒンジを備えたヒンジ機構として構成され、伸縮素子1の変位が伝達され、伸縮素子の変位方向と直交する方向に拡大された変位を出力するものであり、伸縮素子1の両側を覆うように設けられている。
変位拡大機構20は、伸縮素子1の長さ方向の一端面および他端面において、与圧機構10のヘッド部11a,11bの外側部分にそれぞれ取り付けられる一対の取り付け部材21a,21bと、一対の取り付け部材21a,21bを連結するように、伸縮素子1の一方側および他方側に設けられた第1変位伝達部22aおよび第2変位伝達部22bを有している。
第1の変位伝達部材22aは、取り付け部材21aおよび21bの一方側にそれぞれヒンジ23aおよび29aを介して接続された、アーム部材24aおよび28aと、アーム部材24aおよび28aの間にヒンジ25aおよび27aを介して接続された第1の出力部材26aとを有する。
一方、第2の変位伝達部材22bは、取り付け部材21aおよび21bの他方側にそれぞれヒンジ23bおよび29bを介して接続された、アーム部材24bおよび28bと、アーム部材24bおよび28bの間にヒンジ25bおよび27bを介して接続された第2の出力部材26bとを有する。
ヒンジ23a,25a,27a,29a,23b,25b,27b,29bは可撓性および弾性を有し、伸縮素子1の伸縮により撓んで伸縮素子1の変位を第1の出力部材26aおよび第2の出力部材26bに伝達可能となっており、伸縮素子1がY方向に伸縮変位することにより、第1の出力部材26aおよび第2の出力部材26bから伸縮素子1の伸縮方向に直交するX方向に互いに反対の向きになるように拡大された変位が出力される。
このとき、ヒンジ23a、29a、23b、29bは、ヒンジ25a、27a、25b、27bよりも外側に設けられているため、伸縮素子1が伸長した際に、第1の出力部材26aおよび第2の出力部材26bが相対的に外側へ変位する。ヒンジの位置関係を逆にして、伸縮素子1が伸長した際に、第1の出力部材26aおよび第2の出力部材26bが相対的に内側へ変位するようにすることもできる。
なお、第1の出力部材26aおよび第2出力部材26bの両方に移動対象を装着して用いてもよいが、一方の出力を実際の移動対象を移動させる出力として用い、他方の出力をバランスアウトの出力としてもよい。
このようにして変位拡大機構20に、伸縮素子1のY方向の伸縮変位が伝達され、数倍〜数十倍程度に拡大してX方向の変位として移動対象部材に伝達することができる。
変位拡大機構20の取り付け部材21aおよび21bには、それぞれ、ヘッド部11aおよび11bにそれぞれ形成されたネジ穴13aおよび13bに対応する位置に、与圧機構10と変位拡大機構20とを締結するためのネジが螺合されるネジ穴30aおよび30bが形成されている。
図3に示すように、与圧機構10のヘッド部11bおよび変位拡大機構20の取り付け部材21bにそれぞれ形成されたネジ穴13bおよび30bには、締結具として、内部に軸方向に貫通する貫通孔40aが形成された中空ネジ40が螺合され、この中空ネジ40によってヘッド部11bと取り付け部材21bとが締結される。
中空ネジ40の貫通孔40aには、伸縮素子1の電気端子2から延びるリード線3が挿通され、与圧機構10の内側に配置された伸縮素子1のリード線3が、ヘッド部11bおよび取り付け部材21bの内部を通ってアクチュエータ100の外部へ引き出されるようになっている。
一方、与圧機構10のヘッド部11aおよび変位拡大機構20の取り付け部材21aにそれぞれ形成されたネジ穴13aおよび30aには、通常のネジ(図示せず)が螺合され、通常のネジによってヘッド部11aと取り付け部材21aとが締結される。
本実施形態が対象にするようなアクチュエータは、薄型化が求められることが多いが、従来は、図4に示すように、伸縮素子1のリード線3を与圧機構10および変位拡大機構20の外側を通って引き出していたため、リード線3が薄型化の妨げになることがあった。
これに対して、本実施形態では、伸縮素子1を固定する固定部材である与圧機構10を変位拡大機構20に締結する締結具として、内部に軸方向に貫通する貫通孔40aが形成された中空ネジ40を用い、伸縮素子1のリード線3を中空ネジ40の貫通孔40aに挿通させて外部に引き出すので、図5に示すように、リード線3がアクチュエータ100の厚さ方向にはみ出さず、リード線がアクチュエータ100の薄型化の妨げになることはない。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく、種々変形可能である。
例えば、上記実施形態では、伸縮素子の端部を固定する固定部材として与圧機構を用いた場合について示したが、これに限るものではない。例えば、伸縮素子を直接変位拡大機構に固定する場合もあり、その場合は、固定部材は変位拡大機構となる。また、固定部材として単なるスペーサを用い、スペーサを介して与圧機構や変位拡大機構に取り付ける場合であってもよい。
さらに、上記実施形態では、固定部材としての与圧機構と変位拡大機構とを締結する締結具として中空ネジを用い、中空ネジの貫通孔を介してリード線を引き出す例を示したが、これに限らず、固定部材の内部を通ってリード線を引き出すことができればよく、固定部材に貫通孔を設けその貫通孔を介してリード線を引き出すようにしてもよい。
1;伸縮素子
10;与圧機構(固定部材)
11a,11b;ヘッド部
13a,13b,30a,30b;ねじ穴
20;変位拡大機構
21a,21b;取り付け部材
22a,22b;変位伝達部材
40;中空ネジ
40a;貫通孔

Claims (6)

  1. 給電されることにより所定方向に伸縮変位する伸縮素子と、
    前記伸縮素子の外側を囲むように設けられ、前記伸縮素子の変位を拡大する変位拡大機構と、
    を有するアクチュエータであって、
    前記変位拡大機構は、前記伸縮素子の長さ方向の一端面および他端面がそれぞれ取り付けられる一対の取り付け部材と、一対の前記取り付け部材を連結するように、前記伸縮素子の一方側の側面および他方側の側面にそれぞれ設けられ、前記伸縮素子の変位が伝達されて拡大された変位を出力する第1の変位伝達部と第2の変位伝達部と、を有し、
    前記伸縮素子には給電のためのリード線が接続され、前記リード線は、前記変位拡大機構の前記取り付け部材の内部を通って引き出されることを特徴とするアクチュエータ。
  2. 給電されることにより所定方向に伸縮変位する伸縮素子と、
    前記伸縮素子の両端部を固定し、前記伸縮素子に圧縮力を与える与圧機構と、
    前記与圧機構の外側を囲むように設けられ、前記伸縮素子の変位を拡大する変位拡大機構と、
    を有するアクチュエータであって、
    前記与圧機構は、前記伸縮素子の長さ方向の一端面および他端面がそれぞれ取り付けられる一対のヘッド部と、一対の前記ヘッド部の間にかけ渡され、前記伸縮素子に圧縮力を付与する圧縮力付与部材と、を有し、
    前記変位拡大機構は、前記伸縮素子の長さ方向の一端面および他端面がそれぞれ一対の前記ヘッド部を介して取り付けられる一対の取り付け部材と、一対の前記取り付け部材を連結するように、前記伸縮素子の一方側の側面および他方側の側面にそれぞれ設けられ、前記伸縮素子の変位が伝達されて拡大された変位を出力する第1の変位伝達部と第2の変位伝達部と、を有し、
    前記伸縮素子には給電のためのリード線が接続され、前記リード線は、前記与圧機構の前記ヘッド部および前記変位拡大機構の前記取付け部材の内部を通って引き出されることを特徴とするアクチュエータ。
  3. 給電されることにより所定方向に伸縮変位する伸縮素子と、
    前記伸縮素子の両端部を固定し、前記伸縮素子に圧縮力を与える与圧機構と、
    前記与圧機構の外側を囲むように設けられ、前記伸縮素子の変位を拡大する変位拡大機構と、
    を有するアクチュエータであって、
    前記与圧機構は、前記伸縮素子の長さ方向の一端面および他端面がそれぞれ取り付けられる一対のヘッド部と、前記一対のヘッド部の間にかけ渡され、前記伸縮素子に圧縮力を付与する圧縮力付与部材と、を有し、
    前記変位拡大機構は、前記伸縮素子の長さ方向の一端面および他端面がそれぞれ前記一対のヘッド部を介して取り付けられる一対の取り付け部材と、前記一対の取り付け部材を連結するように、前記伸縮素子の一方側の側面および他方側の側面にそれぞれ設けられ、前記伸縮素子の変位が伝達されて拡大された変位を出力する第1の変位伝達部と第2の変位伝達部と、を有し、
    前記与圧機構の前記ヘッド部と前記変位拡大機構の前記取付け部は、軸方向に貫通孔を有する中空ネジにより締結され、
    前記伸縮素子には給電のためのリード線が接続され、前記リード線は、前記中空ネジの貫通孔を通って引き出されることを特徴とするアクチュエータ。
  4. 給電されることにより所定方向に伸縮変位する伸縮素子と、前記伸縮素子の外側を囲むように設けられ、前記伸縮素子の変位を拡大する変位拡大機構と、を有し、前記変位拡大機構は、前記伸縮素子の長さ方向の一端面および他端面がそれぞれ取り付けられる一対の取り付け部材と、一対の前記取り付け部材を連結するように、前記伸縮素子の一方側の側面および他方側の側面にそれぞれ設けられ、前記伸縮素子の変位が伝達されて拡大された変位を出力する第1の変位伝達部と第2の変位伝達部と、を有するアクチュエータにおいて、前記伸縮素子のリード線を引き出す伸縮素子のリード線引き出し方法であって、
    前記リード線を、前記変位拡大機構の前記取り付け部材の内部を通って引き出すことを特徴とするリード線の引き出し方法。
  5. 給電されることにより所定方向に伸縮変位する伸縮素子と、前記伸縮素子の両端部を固定し、前記伸縮素子に圧縮力を与える与圧機構と、前記与圧機構の外側を囲むように設けられ、前記伸縮素子の変位を拡大する変位拡大機構と、を有し、前記与圧機構は、前記伸縮素子の長さ方向の一端面および他端面がそれぞれ取り付けられる一対のヘッド部と、一対の前記ヘッド部の間にかけ渡され、前記伸縮素子に圧縮力を付与する圧縮力付与部材と、を有し、前記変位拡大機構は、前記伸縮素子の長さ方向の一端面および他端面がそれぞれ一対の前記ヘッド部を介して取り付けられる一対の取り付け部材と、一対の前記取り付け部材を連結するように、前記伸縮素子の一方側の側面および他方側の側面にそれぞれ設けられ、前記伸縮素子の変位が伝達されて拡大された変位を出力する第1の変位伝達部と第2の変位伝達部と、を有するアクチュエータにおいて、前記伸縮素子のリード線を引き出す伸縮素子のリード線引き出し方法であって、
    前記リード線を、前記与圧機構の前記ヘッド部および前記変位拡大機構の前記取付け部材の内部を通って引き出すことを特徴とするリード線の引き出し方法。
  6. 給電されることにより所定方向に伸縮変位する伸縮素子と、前記伸縮素子の両端部を固定し、前記伸縮素子に圧縮力を与える与圧機構と、前記与圧機構の外側を囲むように設けられ、前記伸縮素子の変位を拡大する変位拡大機構と、を有し、前記与圧機構は、前記伸縮素子の長さ方向の一端面および他端面がそれぞれ取り付けられる一対のヘッド部と、前記一対のヘッド部の間にかけ渡され、前記伸縮素子に圧縮力を付与する圧縮力付与部材と、を有し、前記変位拡大機構は、前記伸縮素子の長さ方向の一端面および他端面がそれぞれ前記一対のヘッド部を介して取り付けられる一対の取り付け部材と、前記一対の取り付け部材を連結するように、前記伸縮素子の一方側の側面および他方側の側面にそれぞれ設けられ、前記伸縮素子の変位が伝達されて拡大された変位を出力する第1の変位伝達部と第2の変位伝達部と、を有し、前記与圧機構の前記ヘッド部と前記変位拡大機構の前記取付け部は、軸方向に貫通孔を有する中空ネジにより締結されるアクチュエータにおいて、前記伸縮素子のリード線を引き出す伸縮素子のリード線引き出し方法であって、
    前記リード線を前記中空ネジの貫通孔を通って引き出すことを特徴とする伸縮素子のリード線引き出し方法。
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