JPH02251809A - ミラー駆動用圧電アクチュエータ - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は光フアイバ通信や光応用計測制御に使用される
電歪あいは圧電素子を駆動源とするミラー駆動用電歪あ
るいは圧電アクチュエータにｇｌｌする。

〔従来の技術〕

従来、光信号の分岐・結合に用いられるミラーは、その
駆動源として電磁形のアクチュエータが広く用いられて
いる。

このような電磁形のアクチュエータは、コイルに電流を
流すことによって磁界を発生し、それによる磁力を利用
して可動部材を駆動する構成になっている。

このため、銅損や鉄損が生じて大きな入力エネルギを必
要とするばかりでなく、発熱や磁気干渉を生ずる等の問
題点を有している。

このため、電気・機械エネルギ変換効率が高く、かつ低
電力で駆動でき、しかも発熱量が少なく磁気干渉もない
電歪あるいは圧電素子を駆動源とするミラー駆動用圧電
アクチュエータが考えられている 第４図は従来のミラー駆動用圧電アクヂュエータの一例
を示す斜視図である。

アーム１８はその他端１８ａに薄板状の第１のヒンジ１
９を有し、さらに、これを挟んで横方向（幅方向の両側
）に薄板状の第２および第３のヒンジ２０．２１を有し
ている。第１のヒンジ１９は電歪あるいは圧電素子２２
の伸縮方向（矢印Ｄ）の一端２２ａの端面に結合されて
おり、第２および第３のヒンジ２０．２１の−・端は固
定部材２３の他端に結合されている。電歪あるいは圧電
素子２２の伸縮方向の他方の端部２２ｂも固定部材２３
に結合されている。

第５図は第４図の従来例の第１、第２１、第３のヒンジ
１９．２０．２１の配設状態の詳細を示す斜視図である
。第２および第３のヒンジ２０゜２１は第１ヒンジ１９
を挟んでその左右（幅方向の両側）に設けられており、
その高さ（厚さ）方向の位置は第１のヒンジ１９の位置
とはずれていて、所定の寸法の段差を有して同じ高さに
配設されている。

このような構成を有するミラー駆動用圧電アクチュエー
タの電歪あるいは圧電素子２２に電圧を印加すると、第
６図に示すような動作を行なう。

すなわち、電歪あるいは圧電素子２２は矢印Ｄ１方向に
伸張し、第１のヒンジ１９を矢印Ｄ１方向に変位させる
。一方、第２および第３のヒンジ２０．２１の一端は固
定部材２３に、他端はアーム１８に固定されており、し
かも第１のヒンジ１９との間に段差を有するため、薄板
状の第１、第２および第３のヒンジ１９，２０および２
１は矢印Ｅ方向に曲げ変形を生じ、したがってアームム
１８も矢印Ｅの方向に回動運動を起こす。この結果、ア
ーム１８の側面に結合されているミラー２４には、電歪
あるいは圧電素子２２の変位量が拡大されて伝達され、
ミラー２４は矢印Ｅ方向に動いて光ファイバや光応用計
測制御の光路を変えることができる。

〔発明が解決しようとする３題〕 上述した従来のミラー駆動用圧電アクチ１−エータは、
第１のヒンジと第２．第３のヒンジの間に段差を有する
複雑な構造となっていて、しがもアームとヒンジと固定
部材が高剛性の材料で一体成形構造となっているので、
加工が容易でなく自動化に向かないという欠点がある。

したがって、加工手段が限定される。例えばワイヤーカ
ット放電加工手段は少量生産には最適ではあるが加工時
間が大であり、コストが非常に高い欠点がある。また、
その他に、ロストワックス鋳造法、粉末冶金法による加
工手段もあるが、寸法、形状などに大ぎな制限を受ける
。

〔課題を解決するための手段〕

本発明のミラー駆動用圧電アクチュエータは、一方の側
面にミラーが固着されるアームと、Ｕ字形の固定部材と
、固定部材に収容されるように伸縮方向の一端が固定部
材のＵ字形の底部に取イ→けられた電歪あるいは圧電素
子と、前記アームの、前記ミラーが固着される側面およ
び電歪あるいは圧電素子と平行になるように両端がアー
ムと圧電素子の伸縮方向の他端に固着された薄板状の第
１のヒンジと、第１のヒンジの側面に垂直な方向に所定
の寸法の段差をもって、かつ第１のヒンジの側面に対し
て同じ側に、そして第１のヒンジの幅方向の両側に位置
ツるように一端がアームに、他端が固定部材に固着され
た薄板状の第２．第３のヒンジとを備えたミラー駆動用
圧電アクヂュエータにおいて、 前記固定部材と、第１．第２．第３のヒンジと、第１．
第゛２．第３のヒンジが固着されるアームの端部と、第
１のヒンジと電歪あるいは圧電素子の間にあって電歪あ
るいは圧電素子の変位を伝達する変位伝達部分が、任意
の薄い金属板をプレス打ち抜き加工し、その際アームの
端部と固定部材の変位伝達部分の要所要所に任意の形状
の一部を半抜きまたは全周を半抜きしてかしめ部を形成
し、１枚ずつ重ねてはさみつけ、かしめ部の半１にきし
た突起の切口面のＪ？！擦力で密着積層された構造を有
している。

〔作用〕

本発明は、寸法精度の面ですぐれた加工法であるプレス
打ち抜き加工を利用して、固定部材と、第１．第２．第
３のヒンジと、第１．第２．第３のヒンジが固着される
アームの端部と、第１のヒンジと電歪あるいは圧電素子
の間にあって電歪あるい１．ｉ圧電素子の変位を伝達す
る変位伝達部分が、任意の薄い金属板をプレス打ち抜き
加：［シ、その際アームの端部と固定部材と変位伝達部
分の要所要所に任意の形状の一部を生後きまたは全周を
゛ト抜きしてかしめ部を形成し、１枚ずつ重ねてはさみ
つけ、かしめ部の゛ト汰きした突起の切口面の摩擦力で
密着積層された構造を有している。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図（ａＪは本発明の第１の実施例のミラー駆動用圧
電アクチュエータを示す斜視図、第１図（ｂ）は第１図
（ａ）のＡ−Ａ断面のかしめ部の拡大断面図、第２図は
第１図（ａ）の実施例の動作状態を示す斜視図である。

アーム１はその端部１ａに薄板状の第１のヒンジ２を有
し、これを挾んで横方向（幅方向の両側に）薄板状の第
２および第３のヒンジ３，４を有している。第１のヒン
ジ２は、電歪あるいは圧電素子５の伸縮方向く矢印Ｂ）
の一端５ａの端部に結合されており、第２および第３の
ヒンジ３．４の一端は固定部材６の端面に結合されてい
る。電歪あるいは圧電素子５の変位方向の他方の端部５
ｂも固定部材６に結合されている。アーム１の一方の側
面にはミラー７か結合されている。また、第２および第
３のヒンジ３，４の高さ（厚さ）方向の位置は第１のヒ
ンジ２の位置とはずれていて、所定の寸法の段差を有し
ており、第２のヒンジ３と第３のヒンジ４とは同じ高さ
に配設されている。

アーム１の端部１ａとヒンジ２．３．４と固定部材６と
電歪あるいは圧電素子５の伸縮方向の一端５ａは、剛性
の高い金属材料の薄い金属板８（０，１５〜０，５Ｍの
厚み）をプレス打ち抜き加工する際、アーム１の端部と
固定部材６と電歪あるいは電歪素子５の方向の一端５ａ
の要所要所に任意の形状の一部を半抜きまたは全周を半
１友きしてあらかじめ角型のかしめ部９を形成し、−枚
ずつ重ねてはさみつけ、かしめ部９の突起９ａの切口面
８ａｆ７）摩擦力で密着積層した積層構造である。

このような構造を有するミラー駆動用圧電アクチュエー
タの電歪あるいは圧電素子５に電圧を印加すると、第２
図に示すような動作を行なう。すなわち電歪あるいはｒ
３：型素子５は矢印Ｂ１ブノ向に伸張し、第１のヒンジ
２を矢印Ｂ１方向に変位させる。一方、第２および第３
のヒンジ３，４の一端は固定部材６に、他端はアーム１
に固定されており、しかも第１のヒンジ２との間に段差
を有するため、薄板状の第１．第２および第３ヒンジ２
゜３および４は矢印Ｃ方向に曲げ変形を生じ、アーム１
も矢印Ｃの方向に回動運動する。この結果、アーム１の
側面に結合されているミラー７は、電歪あるいは圧電素
子５の変位量が拡大されて伝達され、矢印Ｃ方向に動い
て光ファイバや光応用ａ１測制御の光路を変えることが
できる。

第３図は本発明の第２の実施例で、複数個並列に配設さ
れて構成されたミラー駆動用圧電アクチュエータの一例
を示す斜視図である。

第３図において、複数個のアーム１０は、それぞれの端
部１０ａに薄板状の第１のヒンジ１１と、それを挟んで
幅方向（横方向の両側）に２個の薄板状の第２および第
３のヒンジ１２．１３を有している。第１のヒンジ１１
は、それぞれに対応して設けられた電歪あるいは圧電素
子１４の伸縮方向の一端１４ａに結合されており、第２
および第３のヒンジ１２．１３は、固定部材１５の端部
に結合されている。各アーム１０の一方の側面にはミラ
ー１６が結合されている。固定部材１５は１個の部材で
あって、すべてのミラー駆動用圧電アクチュエータに対
して共通に用いられる。すなわち、複数個並列に配設さ
れて構成したミラー駆動用圧電アクチュエータを構成す
る部材の一部であって、すべてのミラー駆動用圧電アク
チュエータの第２および第３のヒンジ１２．１３に対応
して設けられており１、それぞれを固定するように構成
されている。第１のヒンジ１１と第２のヒンジ１２およ
び第３のヒンジ１３との位置関係は、第１図の実施例と
同様であって、第２および第３のヒンジ１２．１３が第
１のヒンジ１１を挟ｌυでその幅方向の両側に設けられ
ており、その厚さ方向に第１のヒンジ１１との間に段差
を有して、両者が同じ高さに配置されている。

第２の実施例においても、アーム１０とヒンジ１１．１
２．１３と固定部材１５と電歪あるいは圧電素子１４の
伸縮方向の一端１４ａは剛性の高い金属材料の薄い金属
板１６にあらかじめかしめ部１７を形成するようにブレ
ス加二［シ、−枚ずつ重ねてはさみつけ、かしめ部１７
の突起の切口面の摩擦力で密着Ｖ４層した積層構造であ
る。

このように複数個並列に配設されて構成されたミラー駆
動用圧電アクチユエータは、第１の実施例のミラー駆動
用圧電アクチュエータと同様の動作を行い、したがって
同様の効果が得られる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、プレス打ち抜き加工を用
い、ミラー駆動用圧電アクチュエータのアームと、ヒン
ジと、固定部材と、電歪あるいは圧電素子と第１ヒンジ
の間にあって電歪あるいは圧電素子の変位を第１ヒンジ
に伝達する部分を積層構造とし、接合手段としてかしめ
締結を用いることにより、製造の自動化も容易となり、
圧電アクチュエータを高寸法精度に製作できる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の第１の実施例のミラー駆動用圧
電アクチュエータを示す斜視図、第１図（ｂ）Ｇｔ第１
図（ａ）のＡ−ＡＩＦｉ面のかしめ部の拡大断面図、第
２図は第１図の実施例の動作状態を示す斜視図、第３図
は本発明の第２の実施例ミラー駆動用圧電アクチュエー
タを示す斜視図、第４図は従来のミラー駆動用圧電アク
チュエータの一例を示す斜視図、第５図は第４図の従来
例におけるヒンジの配置を示す拡大斜視図、第６図は第
４図の従来例の動作状態を示す斜視図である。 １．１０．１８・・・アーム、２，１１．１９・・・第
１のヒンジ、３．１２．２０・・・第２のヒンジ、４゜
１３．２１・・・第３のヒンジ、５．１４．２２・・・
電歪あるいは圧電素子、６．１５．２３・−・固定部材
、７．１６．２４・・・ミラー、８．１６・・・薄い金
属板、９．１７・・・かしめ部、５ａ、１４ａ、２２ａ
・・・変位伝達部分。 （ａ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．一方の側面にミラーが固着されるアームと、Ｕ字形
   の固定部材と、固定部材に収容されるように伸縮方向の
   一端が固定部材のＵ字形の底部に取付けられた電歪ある
   いは圧電素子と、前記アームの、前記ミラーが固着され
   る側面および電歪あるいは圧電素子と平行になるように
   両端がアームと圧電素子の伸縮方向の他端に固着された
   薄板状の第１のヒンジと、第１のヒンジの側面に垂直な
   方向に所定の寸法の段差をもつて、かつ第１のヒンジの
   側面に対して同じ側に、そして第１のヒンジの幅方向の
   両側に位置するように一端がアームに、他端が固定部材
   に固着された薄板状の第２，第３のヒンジとを備えたミ
   ラー駆動用圧電アクチユエータにおいて、 前記固定部材と、第１，第２，第３のヒンジと、第１，
   第２，第３のヒンジが固着されるアームの端部と、第１
   のヒンジと電歪あるいは圧電素子の間にあって電歪ある
   いは圧電素子の変位を伝達する変位伝達部分が、任意の
   薄い金属板をプレス打ち抜き加工し、その際アームの端
   部と固定部材と変位伝達部分の要所要所に任意の形状の
   一部を半抜きまたは全周を半抜きしてかしめ部を形成し
   、１枚ずつ重ねてはさみつけ、かしめ部の半抜きした突
   起の切口面の摩擦力で密着積層された構造を有すること
   を特徴とするミラー駆動用圧電アクチュエータ。