JPH0470874B2

JPH0470874B2 -

Info

Publication number: JPH0470874B2
Application number: JP60161054A
Authority: JP
Inventors: Takenobu Matsumura
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 1985-07-23
Filing date: 1985-07-23
Publication date: 1992-11-12
Also published as: JPS6223381A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、圧電式アクチユエータ装置に関し、
特に圧電たわみ素子を用いたユニモルフ型または
バイモルフ型の圧電式アクチユエータ装置に関す
る。

［従来技術］第９図に、圧電素子の機械的変形を利用した従
来の圧電式アクチユエータ装置の一例を示す。

第９図において、棒状部材３２に２つの圧電ク
ランプ素子３４，３６が取付けられている。これ
らクランプ素子は、円筒形状であり、非通電状態
では棒状部材３２にガイドされてその長手方向に
移動することができる。また、該クランプ素子３
４，３６は、通電により収縮し棒状部材３２を締
付け、該棒状部材に対し固定される。３８は円筒
形状の圧電伸縮素子であり、その両端が上記２つ
のクランプ素子３４，３６に取付けられている。
該伸縮素子３８は非通電状態と通電状態とで棒状
部材長手方向の長さが変化するものである。この
様な圧電式アクチユエータ装置は、例えば米国特
許第3902085号に記載されている。

このアクチユエータ装置は、クランプ素子３
４，３６及び伸縮素子３８に適宜のタイミングで
通電することにより例えば次の様な動作を行う。
即ち、先ずクランプ素子３４に通電して該クラン
プ素子で棒状部材３２を締付けておき、次に伸縮
素子３８に通電して該伸縮素子を伸長させる。こ
れにより、非通電状態のクランプ素子３６は伸縮
素子３８の伸長分だけ右向きに移動する。次に、
該クランプ素子３６に通電して該クランプ素子で
棒状部材３２を締付け、クランプ素子３４への通
電を停止して該クランプ素子での棒状部材３２の
締付けを解除し、更に伸縮素子３８への通電を停
止して該伸縮素子を短縮させる。これにより、非
通電状態のクランプ素子３４は伸縮素子３８の短
縮分だけ右向きに移動する。以上の動作を繰り返
すことで、クランプ素子３４，３６及び伸縮素子
３８を棒状部材３２に対して相対的に右向きに所
望の距離だけ移動させることができる。

尚、上記伸縮素子３８として積層圧電素子を用
いたものも提案されている（特開昭60−64212号
公報参照）。

［発明が解決しようとする問題点］しかしながら、以上の様な従来の圧電式アクチ
ユエータ装置は、伸縮素子を用いているので、該
伸縮素子の１回の変形あたりの変位量が小さいと
いう問題点があつた。また、積層圧電素子を用い
ることにより変位量を幾分大きくすることができ
るが、構造が複雑で製造が容易ではないという問
題点があつた。

［問題点を解決するための手段］本発明によれば、以上の様な従来の圧電式アク
チユエータ装置の問題点を解決するものとして、
棒状部材と、該棒状部材に対しその長手方向に沿
つて移動可能に取付けられており通電により該棒
状部材に対し固定され得る２つの圧電クランプ素
子と、これら２つの圧電クランプ素子に両端が取
付けられており通電によりたわみ変形し得る少な
くとも１つの圧電たわみ素子と、上記各圧電クラ
ンプ素子への通電及び上記圧電たわみ素子への通
電を制御するための手段とを有することを特徴と
する、圧電式アクチユエータ装置、が提供される。

［作用］本発明の圧電式アクチユエータ装置では、圧電
たわみ素子を用いているので、たわみ変形により
１回の変形あたりの両端間変位量を大きくするこ
とができる。また、本発明の圧電式アクチユエー
タ装置の構造は簡単である。

［実施例］以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に説
明する。

第１図は、本発明による圧電式アクチユエータ
装置の一実施例を示す概略構成図である。

第１図において、棒状部材２に２つの圧電クラ
ンプ素子４，６が取付けられている。これらクラ
ンプ素子は、上記従来例のもと同様のものであ
る。クランプ素子４，６には圧電たわみ素子８の
両端が取付けられている。

第２図は、上記たわみ素子８の一具体例の構成
図である。１０は弾性金属板等のたわみ性を有す
る基板であり、該基板の両面に圧電板１２，１４
が貼合わされている。圧電板１２の両面には電極
１６，１８が付されており、圧電板１４の両面に
は電極２０，２２が付されている。また、２４，
２６は接着剤層である。尚、第２図では基板１０
と電極１８，２２とがそれぞれ接着剤層２４，２
６により完全に隔てられている様に示されている
が、実際には電極表面は粗面であり接着層様は十
分薄いので、基板１０と電極１８，２２とはそれ
ぞれ電気的に接触している。

圧電板１２，１４には矢印で示される様な一方
の電極側から他方の電極側へと向いた残留分極が
存在する。また、電極１６，２０及び基板１０に
はそれぞれリード線１７，２１，１９が接続され
ており、これにより各圧電板１２，１４の両面間
に所望の電圧を印加できる様になつている。尚、
各圧電板に電圧が印加されていない時には、たわ
み素子８は直線状であり、その全長はL₁である。

第３図は、以上の様なたわみ素子８の動作説明
図である。圧電板１２の両面の電極間に残留分極
の向きと逆向きの電界を生ずる様な電圧を印加す
ることにより、該圧電板１２は横歪により長手方
向（左右方向）に関し伸長せしめられる。また、
圧電板１４の両面の電極間に残留分極の向きと同
じ向きの電界を生ずる様な電圧を印加することに
より、該圧電板１４は横歪により長手方向（左右
方向）に関し短縮せしめられる。かくして、図示
されている様に、たわみ素子８は全体として上方
に凸となる様にたわむ。これにより、たわみ素子
８の全長はL₂（＜L₁）となる。そして、各圧電板
１２，１４に対する電圧印加即ち通電を解除する
ことにより、たわみ性基板１０の復元力により第
２図の状態に復元する。

第４図は、上記クランプ素子４，６の動作説明
図である。クランプ素子４，６に通電していない
時には、ａに示されている様にクランプ素子４，
６と棒状部材２との間に適宜のクリアランスが存
在し、クランプ素子は棒状部材に対しその長手方
向に移動することができる。これに対し、クラン
プ素子４，６に通電している時には、クランプ素
子４，６が収縮して、ｂに示されている様にクラ
ンプ素子４，６と棒状部材２との間には十分なク
リアランスが存在せず、クランプ素子は棒状部材
を締付けるのでその長手方向に移動することがで
きず固定せしめられる。

第５図は、以上の様な本実施例の動作を説明す
る図である。尚、本図において、クランプ素子
４，６及びたわみ素子８は、通電状態にあるもの
のみを黒く塗りつぶして示す。

先ず、ａに示されている様に、クランプ素子６
を通電状態とし、該クランプ素子で棒状部材２を
締付ける。

次に、ｂに示されている様に、クランプ素子６
への通電を維持しながら、たわみ素子８を通電状
態とし該たわみ素子をたわませる。これにより、
非通電状態のクランプ素子４が右向きに距離
（L₁−L₂）だけ棒状部材２にガイドされて移動す
る。

次に、ｃに示されている様に、たわみ素子８へ
の通電を維持しながら、クランプ素子４を通電状
態とし、該クランプ素子で棒状部材２を締付け
る、同時にクランプ素子６を非通電状態とし該ク
ランプ素子での棒状部材２の締付けを解除する。

次に、ｄに示されている様に、クランプ素子４
への通電を維持しながら、たわみ素子８を非通電
状態とし該たわみ素子を復元させる。これによ
り、非電通状態のクランプ素子６が右向きに距離
（L₁−L₂）だけ棒状部材２にガイドされて移動す
る。

以上のａ〜ｄの動作を繰り返すことで、尺取虫
的動作によりクランプ素子４，６及びたわみ素子
８を棒状部材２に対して相対的に右向きに所望の
距離だけを移動させることができる。もちろん、
上記順序を逆にするこにより、クランプ素子４，
６及びたわみ素子８を棒状部材２に対して相対的
に左向きに所望の距離だけ移動させることができ
る。この様なたわみ素子８のたわみによる１ステ
ツプあたりの変位量（L₁−L₂）は、従来の圧電
式アクチユエータ装置の変位量より十分大きくす
ることができる。

第６図は、１ステツプあたりの変位量を更に大
きくすることが可能な変形例を示す、上記第５図
と同様な動作説明図である。

本変形例においては、たわみ素子８として湾曲
したもの（即ち、湾曲した基板の両面に非通電状
態で同様に湾曲している圧電板を貼りつけてなる
もの；全長L₁′）を用いている。そして、該たわ
み素子８は、通電状態ではｂに示されている様に
たわみにより更に湾曲して、全長L₂′（＜L₁′）と
なる。

本変形例によれば、１ステツプあたりの変位量
（L₁′−L₂′）は上記１ステツプあたりの変位量
（L₁−L₂）よりも大きくなる。

第７図は、同等な２つのたわみ素子８，８′を
用いた場合の変形例を示す図である。この様に、
同等な複数のたわみ素子により２つのクランプ素
子４，６を接続し、複数のたわみ素子を同時に駆
動することにより、駆動力を更に向上させること
ができる。

第８図は、たわみ素子８の他の具体例の構成図
である。上記第２図の例は基板１０の両面に圧電
板１２，１４を貼りつけたバイモルフ型であつた
のに対し、本第８図の例は基板１０の片面に圧電
板１２を貼りつけたユニモルフ型である。このユ
ニモルフ型は、バイモルフ型の一方の圧電板１４
がない場合に相当し、バイモルフ型と同様にして
駆動することができる。

［発明の効果］以上詳細に説明した様に、本発明の圧電式アク
チユエータ装置は、たわみ素子のたわみに基づく
該たわみ素子の両端間距離の変化を用いているの
で、該たわみ素子の１回の変形あたりの変位量を
極めて大きくすることができ、移動速度を向上さ
せることができる。また、本発明の圧電式アクチ
ユエータ装置は、バイモルフ型或はユニモルフ型
であるため従来の積層圧電素子を用いたものの様
に構造が複雑化することはない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による圧電式アクチユエータ
装置の一実施例を示す概略構成図である。第２図
は、たわみ素子の一具体例の構成図である。第３
図は、たわみ素子の動作説明図である。第４図は
クランプ素子の動作説明図である。第５図は、本
発明による圧電式アクチユエータ装置の一実施例
の動作を説明する図である。第６図は、本発明に
よる圧電式アクチユエータ装置の変形例の動作を
説明する図である。第７図は、同等な２つのたわ
み素子を用いた場合の変形例を示す図である。第
８図は、たわみ素子の他の具体例の構成図であ
る。第９図は、従来の圧電式アクチユエータ装置
の一例を示す図である。２：棒状部材、４，６：圧電クランプ素子、
８，８′：圧電たわみ素子、１０：たわみ性基板、
１２，１４：圧電板、１６，１８，２０，２２：
電極、１７，１９，２１：リード線、２４，２
６：接着剤層。

Claims

【特許請求の範囲】１棒状部材２と、該棒状部材２に対しその長手
方向に沿つて移動可能に取付けられており通電に
より該棒状部材２に対し固定され得る２つの圧電
クランプ素子４，６と、これら２つの圧電クラン
プ素子４，６に両端が取付けられており通電によ
りたわみ変形し得る少なくとも１つの圧電たわみ
素子８と、上記各圧電クランプ素子４，６への通
電及び上記圧電たわみ素子８への通電を制御する
ための手段とを有することを特徴とする、圧電式
アクチユエータ装置。２上記圧電たわみ素子８が、圧電板１２の両面
に電極１６，１８を付したものの一面をたわみ性
基板１０の片面に貼り付けてなるユニモルフ型で
あるか、或は圧電板１２，１４の両面に電極１
６，１８，２０，２２を付したもの２つのそれぞ
れの一面をたわみ性基板１０の両面に貼り付けて
なるバイモルフ型である、特許請求の範囲第１項
に記載の圧電式アクチユエータ装置。