JPH02260476A

JPH02260476A - アクチュエータ

Info

Publication number: JPH02260476A
Application number: JP1079726A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Tsuruga; 鶴賀　孝廣
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1989-03-30
Filing date: 1989-03-30
Publication date: 1990-10-23

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、圧電素子等のように伸縮する伸縮手段が発生
する変位の方向及び大きさを変換し、変換後の変位によ
って、駆動対象物を駆動するアクチュエータに関する。

〔従来の技術〕

かかるアクチュエータの一例として、特開昭６０−６２
８８０号公報に開示された圧電モータが公知となってい
る。該公報に示された圧電モータにおいては、第７図に
示したように、互いに平行に設けられた平行平板１及び
２の相互間を、平行平板１及び２に対して傾斜して互い
に平行に設けられる複数の連結部材３によって連結して
振動子５を形成し、振動子５を構成する平行平板２の外
側に圧電振動子６を付設した構成となっている。

この圧電振動子６に高周波電圧を印加し、圧電振動子６
を平行平板１，２に垂直な方向に振動させると、振動子
５によって振動の方向及び振幅の大きさが変換され、振
動子５を構成する平行平板１は、図示したように、その
運動軌跡が楕円の振動をする。この平行平板１に回転子
７を押し付けておくことによって、回転子７を平行平板
１の上面に沿って移動させることができるようになって
いる。

しかし、第７図に示した圧電モータにおいては、振動子
５の外側に圧電振動子６を配設しているため、装置の小
型化が難しかった。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述の事情に鑑み、本発明者は、この第７図に示した圧
電モータにおける振動の方向及び振幅の大きさを変換す
る原理を利用し、かつ、小型のアクチュエータを得る目
的から、第８図に示したように、振動子５と同様に構成
された変位変換機構８を構成する平行平板１及び２相互
間に、圧電素子１０を配設した構造のアクチュエータ（
未出願）を案出した。圧電素子１０は、電圧を印加する
と印加された電圧の強度に応じて、歪み（変位）若しく
は力を生ずる圧′電体を積層したもので、この圧電素子
１０が、上下方向に伸長すると平行平板１及び連結部材
３は、連結部材３の平行平板２との結合部を支点として
揺動するようになっている。

このアクチュエータの各部の寸法を第８図に示したよう
に、平行部材１．２相互間の間隔をＬ１圧電素子１０の
伸長によって生ずるしの増加分をΔＬ１連結部材３の両
端間の平行平板１．２が延在する方向における距離を８
１圧電素子１０の伸長によって生ずる平行平板１．２相
互間の平行平板１，２が延在する方向における相対移動
距離をＸと定めると、相対移動距離Ｘは、次式によって
近似的に求められる。

Ｘ−Δ　Ｌ　　（Ｌ／Ｓ）従って、圧ａＸ子１０の伸長によって生ずる平行平板１
．２相互間の相対移動距離Ｘは、圧電素子１０の発生す
る変位（ΔＬ）のＬ／Ｓ倍となる。

ここで、Ｌ−２〇−鵬、Ｓ−１量■、とすれば、Ｌ／５
−２０となり、圧電素子１０が発生する伸長変位の２０
倍の変位が得られることとなる。すなわち、圧電素子１
０の発生する最大変位が２０μｍとすれば、このアクチ
ュエータでは、これを０．４ｍ鵬まで拡大できる。

この場合、アクチュエータから駆動対象物に対して作用
させ得る力の大きさは、変位の拡大にほぼ反比例して小
さ（なり、圧電素子１０が発生する力の約１／２０とな
る。

また、第９図若しくは第１０図に示したように、平行平
板１及び２を円環状若しくは円板状に形成すれば、圧電
素子１０の発生する変位を円周方向の変位に変換できる
。なお、第９図に示したアクチュエータは、円環状に形
成された平行平板１゜２相互間を連結した複数の連結部
材３相互間に、圧電素子１０を配した構造となっており
、第１０図に示したアクチュエータは、円板状に形成さ
れた平行平板１．２相互間を外周部にて連結部材３によ
って連結し、平行平板１．２の中央部に圧電素子１０を
配した構造となっている。

この場合、平行平板１，２相互間に生ずる相対回転角度
αは、平行平板１，２の半径をＲとすれば、次式によっ
て求まる。

α−Ｘ／Ｒ −ΔＬ　（Ｌ／Ｓ）／Ｒ（ｒａｄ）また、そのとき、アクチュエータの出力トルクＴは、一
つの圧電素子１０が発生する伸長力をＦ１圧電素子１０
の数をｎとすれば、次式によって求まる。

Ｔ−ＲｎＦ（Ｓ／Ｌ）上述したように、第８図、第９図及び第１０図に示した
アクチュエータにおいては、変位変換機構８を構成する
平行平板１及び２相互間の空間に、圧電素子１０を配し
ているので、第７図に示した圧電モータに比し、小型と
なっている。

しかし、第８図、第９図及び第１０図に示したアクチュ
エータにおいては、圧電素子１０の伸縮によって、圧電
素子１０の発生する変位ΔＬ分だけ、圧電素子１０の伸
縮方向における平行平板１及び２の相互間隔が変化する
欠点がある。

そこで、本発明は、上述の事情に鑑み、小型に構成でき
、圧電素子等の伸縮手段の伸縮方向における変位が生じ
ないアクチュエータを提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上述の目的を達成するため、本発明によるアクチュエー
タにおいては、第１及び第２平行部材を互いに平行に設
け、これらの相互間をこれらに対）７て傾斜して互いに
平行な少な（とも二つの第１連結部材によって連結し、
第２平行部材に対して平行に第３平行部材を設け、第２
及び第３平行部（（の相互間をこれらに対して傾斜して
互いに平行な少なくとも二つの第２連結部材によって連
結して形成した変位変換機構と、第１及び第２平行部材
相互間に設けられ、これらの相対間隔を伸縮させる第１
伸縮手段と、第２及び第３平行部材相互間に設けられ、
第１伸縮手段と反対の伸縮動作をして、これらの相対間
隔を伸縮させる第２伸縮手段とを備えたことを特徴とし
ている。

また、変位変換機構の第１及び第２連結部材を平行部材
に垂直な一直線を中心に放射状に配置して、第１、第２
及び第３平行部材を連結しすることとしても良い。

〔作用〕

このような構成となっているので、本発明によるアクチ
ュエータにおいては、第１伸縮手段の伸長（または収縮
）によって生ずる第１及び第２東行部材相互間の第１伸
縮手段の伸縮方向における変位と、第２伸縮手段の収縮
（または伸長）によって生ずる第２及び第３平行部材相
互間の第２伸縮手段の伸縮方向における変位とが相殺さ
れるようになっている。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について第１図〜第６図を参照し
つつ、説明する。

第１図は、本発明によるアクチュエータの一実施例の一
部分を示した斜視図である。

図示したように、本発明によるアクチュエータは、互い
に平行に設けられた平板状の第１、第２、第３平行部材
１１．１２．１３と、第１平行部材１１及び第２平行部
材１２を相互に連結する平板状の第１連結部材１５と、
第２平行部材１２及び第３平行部材１３を相互に連結す
る平板状の第２連結部材１６とから構成された変位変換
機構１７を６している。第１平行部材１１、第２平行部
材１２、第３平行部材１３は、第１平行部材１１と第２
平行部材１２との相互間隔及び第２平行部材１２と第３
平行部材１３との相互間隔が、互いに等（、くなるよう
に配置され、また、第１連結部材１５及び第２連結部材
１６は、第１、第２及び第３平行部材１１．１２及び１
３が延在する方向（以下、単に延在方向と称す）に対し
て傾斜して設けられており、第１連結部材１５と第２連
結部材１６とは、第２平行部材１２に対して対称に配置
されている。

第１平行部材１１と第２平行部材１２との相互間には、
これらの相対間隔を伸縮させる第１伸縮手段として、圧
電素子１８がその上下両端にて第１及び第２平行部材１
１及び１２に固定されて配設されており、第２平行部材
１２と第３平行部材１３との相互間には、これらの相対
間隔を伸縮させる第２伸縮手段として、圧電素子１９が
その上下両端にて第２及び第３平行部材１２及び１３に
固定されて配設されている。圧電素子１８及び１９は、
電圧を印加すると印加された電圧の強度に応じて、歪み
（変位）若しくは力を生ずる圧電体を積層したもので、
圧電素子１８及び圧電素子１９の伸縮動作は、互いに逆
の動作をするように＄ｌＩｒ８される。すなわち、圧電
素子１８が伸長するときは、圧電素子１９は収縮し、圧
電素子１８が収縮するときは、圧電素子１９は伸長する
ように制御される。なお、この圧電素子１８及び１９の
伸縮動作の制御は、図示しない駆動回路により所定の電
圧がこれら圧電素子１８及び１９に印加されることによ
って行なわれるようになっている。

このように構成されたアクチュエータの動作について第
２図を参照しつつ説明する。

第２図は、上述のように構成されたアクチュエータを模
式的に示した側面図である。

図示したように、圧電素子１８を伸長させると、第１及
び第２平行部材１１及び１２の相対間隔が拡張され、こ
れに伴い、第１連結部材１５が第２平行部材１２に対し
て相対的に回転する。この回転によって、第１平行部材
１１は、延在方向及びこれに垂直な方向において、第２
平行部材１２に対して相対的に平行移動する。すなわち
、変位変換機構１７の上半分は、第２図に二点鎖線で示
【７た状態に変形し、圧電素子１８の変位の方向及び変
位の大きさを、第１．及び第２平行部材１１及び１２の
間の相対変位に変換するようになっている。

また、圧電素子１８が伸長するときは、圧電素子１９が
収縮させられるので、第２及び第３平行部材１２及び１
３の相対間隔が狭められ、これに伴い、第２連結部材１
６が第２平行部材１２に対しＣｌ１１えＩ的に回転する
。この回転によって、第３平行部材１３は、延在方向及
びこれに垂直な方向におい°Ｃ１第２平行部材１２に対
して相対的に平行移動する。すなわち、変位変換機構１
７の下半分は、第２図に二点鎖線で示した状態に変形し
、圧電素子１９の変位の方向及び変位の大きさを、第２
及び第３平行部材１２及び１３の間の相対変位に変換す
るようになっている。

従って、第１伸縮手段たる圧電素子１８の伸長変位ΔＬ
１と、第２伸縮手段たる圧電素子１９の収縮変位ΔＬ２
とが等しければ、該伸長変位に伴う垂直方向の変位と該
収縮変位に伴う垂直方向の変位は相殺されて、第１及び
第３平行部材１１及び１３相互間における圧電素子１８
及び１９の伸縮方向における変位は生じないこととなる
。

これに対し、第１及び第３平行部材１１及び１３相互間
における延在方向の相対変位については、第１平行部材
１１の第２平行部材１２に対する変位Ｓ１と、第３平行
部材１３の第２平行部材１２に対する変位Ｓ２とが加え
合わされ、大きな相対変位が得られることとなる。

従って、第３平行部材１３を延在方向において固定して
おけば、第１平行部材１１の第３平行部材１３に対する
相対変位によって、対象物（図示せず）を駆動すること
ができ、逆に、第１平行部材１１を固定しておけば、第
３平行部材１３の第１平行部材１１に対する相対変位に
よって＼対象物（図示せず）を駆動することができるよ
うになっている。

第３図に、上述した本発明によるアクチュエータの変形
例を模式的に示す。

第３図に示したアクチュエータにおいては、変位変換機
構１７を構成する第１及び第２連結部材１５及び１６が
延在方向において交互にずれて配置されており、いわゆ
る千鳥配置となっている。

そのほかの構成は、第１図及び第２図に示したアクチュ
エータと同様となっており、その動作も第１図及び第２
図に示したアクチュエータと同様となっている。

更に、第４図及び第５図に、圧電素子１８及び１９の直
線変位を第１及び第３平行部材１１及び１３相互間の相
対的な回転変位に変換する変位変換機構２０を有したア
クチュエータを示す。第４図（ａ）はそのアクチュエー
タの平面図であり、第４図（ｂ）はその縦断面図であり
、第５図はその展開側面図である。

第４図及び第５図に示したアクチュエータにおいては、
変位変換機構２０は、基本的に、上述した変位変換機構
１７と同様に、互いに平行に設けられた平板状の第１、
第２、第３平行部材１１．１２．１３と、第１平行部材
１１及び第２平行部材１２を相互に連結する平板状の第
１連結部材１５と、第２平行部材１２及び第３平行部材
１３を相互に連結する平板状の第２連結部材１６とから
構成される。ただし、平行部材１１．１２及び１３は円
環状の平板として形成され、それらの中心が一直線上に
並ぶように配されている。また、第１及び第２連結部材
１５及び１６は、平行部材１１．１２．１３の中心が一
致した直線を中心とした円周上に配され、第１、及び第
２平行部材１１及び１２の相互間と、第２及び第３平行
部材１２及び１３の相互間とを、それぞれ、連結してい
る。

変位変換機構２０は、最初に、連結部材１５及び１６を
平行部材１１．１２．１３に対して垂直に設け、その後
、第２平行部材１２を第１及びｔ１４３平行部材１１及
び１３に対して円周方向に相対的に回転させることによ
って、第５図に示したように、連結部材１５及び１６を
捩じって、平行部材１１．１２．１３に対して傾斜させ
て形成される。

なお、切削加工、若しくは、鋳造加工によって、最初か
ら連結部材１５．１６が平行部材に対して傾斜させられ
た状態で変位変換機構２０を形成することもできる。

このようにして構成されたアクチュエータの動作につい
て説明する。

第１及び第２平行部材１１及び１２相互間の間隔を圧電
素子１８によって伸長させると、第１連結部材１５は、
その傾斜が垂直になる方向に移動する。この連結部材の
移動によって、第１平行部材１１は、第２平行部材１２
に対して相対的に回転させられるようになっている。ま
た、これと同時に、第２及び第３平行部材１２及び１３
相互間の間隔を圧電索子１９によって収縮させると、第
２連結部材１６は、その平行部材に対する傾き角が大き
くなり、第２平行部材１２は、第３平行部材１３に対し
て相対的に回転させられるようになっている。

従って、第１伸縮手段たる圧電素子１８の伸長変位と、
第２伸縮手段たる圧電素子１９の収縮変位とが等しけれ
ば、該伸長変位に伴う垂直方向の変位と該収縮変位に伴
う垂直方向の変位は相殺されて、第１及び第３平行部材
１１及び１３相互間における圧電素子１８及び１９の伸
縮方向における変位は生じないこととなる。

これに対し、第１及び第３平行部材１１及び１３相互間
における円周方向の相対変位については、第１平行部材
１１の第２平行部材１２に対する変位と、第３平行部材
１３の第２平行部材〕２に対する変位とが加え合わされ
、大きな相対変位が得られることとなる。

従って、第３平行部材１３を円周方向において固定して
おけば、第１平行部材１１の第３平行部材１３に対する
相対変位によって、対象物（図示せず）を駆動すること
ができ、逆に、第１平行部材１１を固定しておけば、第
３平行部材１３の第１平行部材１１に対する相対変位に
よって、対象物（図示せず）を駆動することができるよ
うになっている。

なお、第４図及び第５図に示したアクチュエータにおい
ては、第１及び第２連結部材１５及び１６と、圧電素子
１８及び１９とを第２平行部材１２を間にして対称に配
置しであるが、このアクチュエータにおいても、第３図
に示したアクチュエータと同様に、第１及び第２連結部
材１５及び１６と、圧電素子１８及び１９とを円周方向
において、交互に千鳥配置した構造としても良い。この
場合にも、第４図及び第５図に示したアクチュエータと
同様に動作する。

また、第４図及び第５図に示したアクチュエータにおい
ては、圧電素子１８及び１９を、それぞれ、第１連結部
材１５相互間及び第２連結部材１６相互間に配置してい
るが、第１、第２及び第３平行部材１１．１２及び１３
を、中央部にくり抜き部分のない円板状に形成し、その
中央部に大径の圧電素子を配置しても良いし、小径の圧
電素子をまとめて配置しても良い。この場合にも、第４
図及び第５図に示したアクチュエータと同様に動作する
。

上述した変位変換機構２０を有したアクチュエータにお
いては、変位変換機構２０を構成する第１、第２及び第
３平行部材１１．１２及び１３は、円環状の平板となっ
ているが、その形状は、円環状に限定されるものではな
く、三角形や四角形等の多角形状であっても良い。

なお、上述した実施例においては、圧電索子１９に電圧
を印加することによって、第２及び第３平行部材１２及
び１３の相互間隔を収縮させる事としているが、圧電素
子１９への電圧印加を停止したときに、変位変換機構１
７及び２０自身の弾性によって該相互間隔が収縮するよ
うに構成しておくことも可能である。

また、上述した実施例においては、変位変換機構１７及
び２０はラーメン構造となっているが、トラス構造であ
ってもよい。

〔発明の効果〕

以り説明したように、本発明によるアクチュエクにおい
ては、第１伸縮手段の伸縮によって生ずる第１及び第２
平行部材相互間の第１伸縮手段の伸縮方向における変位
と、第２伸縮手段の伸縮によって生ずる第２及び第３平
行部材相互間の第２伸縮手段の伸縮方向における変位と
が相殺されるようになっているので、圧電素子等の伸縮
手段の伸縮方向における変位を伴うことなく、伸縮手段
によって生じる変位を直角なり向に変換して取り出すこ
とが出来、また、変位の大きさを拡大して取り出すこと
が出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は直線変位を生ずる本発明によるアクチュエータ
の実施例を示した斜視図、第２図は第１図に示し、たア
クチュエータを模式的に示した正面図、第３図は第１図
に示したアクチュエータの変形例を模式的に示した正面
図、第４図（ａ）及び（ｂ）は回転変位を生ずる本発明
によるアクチュエータの実施例を示した平面図及び縦断
面図、第５図は第４図に示したアクチュエータの展開側
面図、第６図は第４図に示したアクチュエータの変１ｉ
９例を示した展開側面図、第７図は従来のアクチュ・、
エータを示した正面図、第８図は本発明者が従来のアク
チュエータを小型化するべく案出したアクチュエータの
正面図、第９図（ａ）は本発明者が従来のアクチュエー
タを小型化するべく案出し、たアクチュエータであって
、第８図に示したアクチュエータと異なるアクチュエー
タの平面図、第９図（ｂ）はその展開側面図、第１０図
（ａ）は本発明者が従来のアクチュエータを小型化する
べく案出したアクチュエータであって、第８図に示した
アクチュエータと異なるアクチュエータの平面図、第１
０図（ｂ）はその展開側面図である。１１・・・第１平行部材、１２・・・第２平行部材、１
３・・・第３平行部材、１５・・・第１連結部材、。１６・・・第２連結部材、１７．２０・・・変位変換機
構、１８．１９・・・圧電素子。

Claims

【特許請求の範囲】

１．第１及び第２平行部材を互いに平行に設け、これら
の相互間をこれらに対して傾斜して互いに平行な少なく
とも二つの第１連結部材によって連結し、前記第２平行
部材に対して平行に第３平行部材を設け、前記第２及び
第３平行部材の相互間をこれらに対して傾斜して互いに
平行な少なくとも二つの第２連結部材によって連結して
形成した変位変換機構と、前記第１及び第２平行部材相互間に設けられ、これらの
相対間隔を伸縮させる第１伸縮手段と、前記第２及び第
３平行部材相互間に設けられ、前記第１伸縮手段と反対
の伸縮動作をして、これらの相対間隔を伸縮させる第２
伸縮手段とを備えたことを特徴とするアクチュエータ。
２．前記変位変換機構を構成する第１及び第２連結部材
が互いに平行に設けられる代わりに、前記平行部材に対
して垂直な一直線を中心とした円周上に配置されている
ことを特徴とする請求項１記載のアクチュエータ。
３．前記第１及び第２伸縮手段の伸縮動作は相互に位相
が逆で変位が同一であることを特徴とする請求項１また
は２記載のアクチュエータ。