JPH0447556B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、圧電バイモルフの屈曲変位が大きい
ことを利用した圧電駆動体に関するものである。

チタン酸ジルコン酸鉛等の圧電磁器は、圧電率
ｄが大きいため、電圧印加による変位を利用した
種々の構造のものが実用化されているが、比較的
低い電圧で大きい変位を得るには、厚みが薄く、
単位当りの電位を高くでき、かつステイフネスを
小さくできる梯形の圧電バイモルフが用いられ
る。

しかしながら、この圧電バイモルフの先端の圧
力Ｆは、 Ｆ＝Ｋdvωt／ （但し、ｖは印加電圧、ωは幅、ｔは厚さ、
は長さ）で表わされ、圧電バイモルフの幅ωと厚
さｔに比例し、長さに逆比例する。従つて、圧
電バイモルフの変位を大きくとろうとすると、長
さを大きくしなければならず、必然的に先端圧
力Ｆが低くなり、他の物を駆動する力を得ること
はできなかつた。

本発明は、上記の点を考慮して、剛性体からな
る固定板の両面の周縁部に複数の梯形バイモルフ
の幅の広い端部を、幅の狭い端部が中心部に集ま
るように傾斜して固定し、幅の狭い端部を弾性体
からなる駆動端子に固定することを特徴とし、そ
の目的は圧電バイモルフの変位の大きい長所を生
かし、先端圧力が低いという欠点を補う構造を持
つ圧電駆動体を提供するものである。以下、図面
により実施例を詳細に説明する。

第１図は、本発明の基本となる傘状振動子の拡
大斜視図を、第２図は第１図の傘状振動子の側面
断面図で、１は第３図に示した圧電バイモルフ、
２は剛性材料からなる円環状または円板状の固定
板であり、圧電バイモルフ１の幅広い端部１ａは
固定板２の片面の周縁部に傾斜して接着剤で強固
に固定され、圧電バイモルフ１の幅の狭い端部１
ｂは中心で合わされ、ゴムや弾性を有する樹脂な
どの弾性材料で作られた駆動端子３に接合されて
傘状振動子７が構成されている。なお、この駆動
端子３の弾性が余り大きいと、圧電バイモルフ１
の変位が弾性体の伸びとして吸収される。また駆
動端子３を剛性材料で作り、圧電バイモルフ１と
駆動端子３との間を弾性を持つ接合剤や弾性体を
介して接合することができる。なお、この構成は
圧電バイモルフの変位が直接駆動端子３の変位と
して伝達される機能を持てばよい。

ここで、圧電バイモルフ１の構成を説明する
と、第３図に示したように両面に銀等の電極が施
こされたチタン酸ジルコン酸鉛などからなる梯形
の圧電磁器４，５は、梯形の燐青銅などからなる
金属薄板６の両面にアラルダイトのような強力接
着剤で接着されて分極が施こされたものであり、
量産の場合は、金属薄膜６の両面に圧電磁器４，
５が接着された後、所要寸法に切り出すという方
法が用いられる。また圧電バイモルフ１の金属薄
板６は共通電極として用いられているため、圧電
磁器４，５より一端を長くしたり、また圧電磁器
４の面への折返し電極を設けておいて接着する方
法が実際には用いられる。

このように構成された梯形の圧電バイモルフ１
の圧電磁器４と５は電気的に直列に分極が施こさ
れ、圧電磁器４と５を金属薄板６との間に電気的
に並列して結線して直流電圧を印加し、梯形の圧
電バイモルフ１の幅の広い端部１ａを固定して幅
の狭い端部１ｂを自由にしておくと、幅の狭い端
部１ｂが屈曲して変位が得られる。

従つて、第２図に示したように傘状振動子７は
梯形の圧電バイモルフ１がそれぞれほぼ同一の寸
法で作られ、同極性に配列されているので、電気
的に並列に駆動することによつて、固定板２に対
して駆動端子３は垂直方向に変位が得られる。ま
た、本実施例の傘状振動子７は圧電バイモルフ１
が12個使用されているので、１個の圧電バイモル
フに対して12倍の力を得ることができる。

次に、第４図は、本実施例の圧電駆動体の側面
断面図を示したもので、傘状の振動子７，７′の
固定板２を当接して接合するが、固定板２を共有
して対称に梯形の圧電バイモルフ１を固定板２の
面に傾斜して固定することにより、提灯状の圧電
駆動体８が構成され、前述と同様にそれぞれの梯
形圧電バイモルフ１に並列に直流電圧を印加する
と、駆動端子３，３′の間には、傘状振動子の２
倍の変位及び力が得られる。

この提灯状の圧電駆動体８の駆動端子３，３′
に、第５図の模型図で示したようにアーム９，１
０を取付け、駆動端子３，３′を変位させると、
この変位に比例してアーム先端も変位するため、
物を掴んだり、放したりする動作を電圧の駆動に
よつて行なうことができる。

また、本実施例の圧電駆動体８において、それ
ぞれの圧電バイモルフを個別の電気回路に接続
し、それぞれ独立に作動できるように構成すれ
ば、駆動端子３，３′を任意の方向に傾斜させる
ことができるので、コンピユータの出力と連動し
て駆動端子３あるいは３′に伝えられた接触物の
位置と接触圧による圧電バイモルフの出力電圧を
検出してフイードバツクすることにより、それぞ
れの駆動電圧や極性を適量変化させて異形物を正
確に掴むことができる。

第６図は、本発明の他の実施例の圧電駆動体を
示したもので、本実施例では、第４図に示した２
個の提灯状の圧電駆動体８，８′の一方の駆動端
子を接続したものであり、このように構成した圧
電駆動体１１の両端の駆動端子３，３′の間には、
傘状振動子７の４倍の変位と圧力が得られる。

また、提灯状の圧電駆動体８をｎ個接続すれ
ば、傘状の振動子７の2n倍の変位と圧力を得る
ことができる。従つて、駆動端子３，３′に付加
する挟持物を工夫すれば、前述の応用例に示した
ようにロボツトのアームとして利用できるもので
ある。

以上説明したように、本発明によれば、従来の
圧電駆動体に比べて変位が大きくとれると共に、
360°方向に自由な変位が得られるので、機械装置
の微調整やコンピユータと連動することにより、
感圧センサを持つロボツト用駆動体として利用す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の基本構成の傘状振動子の斜
視図、第２図は、第１図の傘状振動子の側面断面
図、第３図は、梯形の圧電バイモルフの斜視図、
第４図は、本発明の実施例の提灯状の圧電駆動体
の側面断面図、第５図は、第４図の圧電駆動体の
応用例を示す模型図、第６図は、本発明の他の実
施例の圧電駆動体の正面断面図である。 １……梯形の圧電バイモルフ、２……固定板、
３，３′……駆動端子、４，５……圧電磁器、６
……金属薄板、７……傘状の圧電駆動体、８……
提灯状の圧電駆動体、９，１０……アーム、１１
……圧電駆動体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 円盤状または円環状の固定板２の周縁部の片
   面または両面に、圧電磁器からなる複数の台形の
   圧電バイモルフ１の幅の広い端部１ａを弾力的に
   固定し、弾性体からなる駆動端子３に、前記複数
   の台形の圧電バイモルフ１の幅の狭い端部１ｂを
   弾力的に固定して提灯状の駆動体８を構成し、前
   記複数の台形の圧電バイモルフ１を電気的に駆動
   する圧電駆動体。 ２ 前記堤提灯ぼう動体８の前記駆動端子３を他
   の提灯状の駆動体８′の駆動端子３′に固定して、
   ２個以上の提灯状の駆動端子を従続接続すること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の圧電駆
   動体。