JPH0520633B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はアクチユエータに関し、一層詳細には
圧電素子の変位力を効果的に利用して物体を移動
または駆動するようにしたアクチユエータに関す
る。

従来から各種機械における物体の搬送等には油
圧、空気圧等の流体圧を利用した移動手段が広汎
に用いられている。この種の移動手段は比較的大
きな力とストロークとを生み出すために搬送系に
は必要不可欠と謂える。一方、従来からこの種の
移動手段は流体を利用するために精度の高い制御
が困難であるとの問題点に逢着している。

ところで、近年、圧電素子（ピエゾ）が注目さ
れるに至つている。すなわち、圧電素子の変位力
はある種の結晶体、または焼結体に電界を加えた
時歪みが生じることによつて得られ、従つて、こ
の変位力を利用して物体を移動または駆動すれ
ば、機械的制御よりもむしろ電気的制御になるた
めに位置決め等が確実に精度良く行われることに
なる。

そこで、本発明は複合系の圧電セラミツクスの
発明等、近年における圧電素子の目覚ましい性能
向上に着目してなされたもので、圧電素子の変位
力を効果的に利用して物体を移動または駆動する
ようにした新規なアクチユエータを提供すること
を目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、本体
部１０と移動手段１２とからなり、前記移動手段
１２は一方の群からなる変位部材１２ａと他方の
群からなる変位部材１２ｂとから構成され、夫々
の変位部材１２ａ，１２ｂは水平部位１８と前記
水平部位１８の両端部から互いに反対方向へと延
在する第１の垂直部位１４と第２の垂直部位２０
とを有し、夫々の変位部材１２ａ，１２ｂの前記
第１垂直部位１４の先端部は前記本体部１０に固
着され且つ水平部位１８はその軸線方向へ伸長収
縮する第１の圧電素子ユニツト２２ａを有すると
共に前記第２垂直部位２０はその軸線方向へ伸長
収縮する第２の圧電素子ユニツト２２ｂを有し、
しかも前記一方の群からなる変位部材１２ａの水
平部位１８と他方の群からなる変位部材１２ｂの
水平部位１８とは互いに直交するように配置され
たマトリクス状に構成し、前記群からなる両変位
部材１２ａ，１２ｂの第１圧電素子ユニツト２２
ａ並びに第２圧電素子ユニツト２２ｂに対する電
源のオン／オフを行うことにより前記変位部材１
２ａ，１２ｂの第２垂直部位２０を介して前記本
体部１０をＸ−Ｙ方向へと移動することを特徴と
する。

以下、本発明に係るアクチユエータの好適な実
施例を挙げ、添付の図面を用いて詳細に説明す
る。

第１図に本発明に係るアクチユエータの第１の
実施例を示す。

図に示すように、本体部１０の面上には後述す
る圧電素子ユニツトを介して尺取虫状に変位動作
する屈曲した棒状でマトリツクス状に複数植設さ
れた移動手段１２が設けられている。そして、本
実施例では、前記移動手段１２は図中の矢印Ｘ方
向に数えて奇数行の変位部材１２ａの偶数行の変
位部材１２ｂはその変位方向が、丁度、Ｘ−Ｙ方
向に異なつて変位動作するように設けられる。こ
の場合、前記変位部材１２ａ，１２ｂは、夫々屈
曲形状を有する丸棒に形成される。詳細には、変
位部材１２ａ，１２ｂは第１の垂直部位１４と、
これに連続して水平方向に延在する水平部位１８
と、前記水平部位１８から図において垂直方向下
方へと延在する第２の垂直部位２０とを有する。
この場合、第１垂直部位１４の先端部は本体部１
０の一面に形成された取付穴１６に適宜圧入等に
より固着される。また、前記変位部材１２ａ，１
２ｂを構成する水平部位１８と第２垂直部位２０
はその軸方向に沿つて夫々圧電素子を積層した第
１および第２の圧電素子ユニツト２２ａおよび２
２ｂを含む。

すなわち、前記第１、第２圧電素子ユニツト２
２ａおよび２２ｂは円板状の圧電セラミツクスを
多数積層して所定の長さの丸棒状に形成されると
共に電源線２４ａおよび２４ｂを介して図外の直
流電源に温度夫々接続されている。なお、本実施
例では、変位部材１２ａ，１２ｂに接続される電
源線２４ａおよび２４ｂは図外の制御回路に接続
されて、複数個の変位部材１２ａ，１２ｂが前記
制御回路からの信号により連動して変位動作する
よう構成されている。すなわち、前記第１、第２
圧電素子ユニツト２２ａ，２２ｂは、夫々前記電
源線２４ａ，２４ｂを介して所定の極性での電圧
が印加されると、夫々の軸線方向に伸長し、電源
断で収縮する。

本発明に係るアクチユエータは基本的には以上
のように構成され、次にその作用および効果につ
いて説明する。

今、本体部１０に設けられた移動手段１２のう
ちＸ方向およびＹ方向に変位する変位部材１２
ａ，１２ｂの群毎に、第３図に示す４つの動作を
１周期とする変位動作を図外の制御回路からの信
号により交互に行えば、本体部１０は、第４図に
示すように、床面２６に対してＸ−Ｙ方向に自由
に移動する。

これを第３図ａ乃至第３図ｂを用いてさらに詳
しく説明すると、先ず、群を構成する変位部材１
２ａにおける第２垂直部位２０に設けた第２の圧
電素子ユニツト２２ｂに対して電源線２４ｂを介
して所定の電圧を印加する。これにより、前記第
２垂直部位２０の第２圧電素子ユニツト２２ｂは
伸長変位し、第３図ａの状態のように前記第２垂
直部位２０の先端面２０ａが床面２６に当接しこ
れと強く圧着する。なお、この時、他方の群を構
成する変位部材１２ｂでは、その第２圧電素子ユ
ニツト２２ｂに電圧が印加されないことから、こ
の変位部材１２ｂの第２垂直部位２０は伸長変位
せず、従つて、前記変位部材１２ｂは床面２６か
ら若干浮いた状態にある。

次に、前記の状態のまま、今度は変位部材１２
ａにおける水平部位１８の第１圧電素子ユニツト
２２ａに電源線２４ａを介して所定の電圧を印加
する。これにより、前記水平部位１８の第１圧電
素子ユニツト２２ａは、第３図ｂの状態のよう
に、水平方向に伸長変位する。この時、前記第２
垂直部位２０の先端面２０ａは床面２６に強く圧
着して先端面２０ａと床面２６間の摩擦抵抗によ
つて固定されたままであるため、結局、前記水平
部位１８の伸長変位に伴つて本体部１０は、第４
図において、矢印Ｘ方向に水平移動する。

この後、前記第２垂直部位２０の第２圧電素子
ユニツト２２ｂに対する電圧の印加を停止し、当
該圧電素子ユニツト２２ｂを収縮変位させる。次
いで、他方の群を構成する変位部材１２ｂでは、
第２圧電素子ユニツト２２ｂに電圧が印加されて
当該圧電素子ユニツト２２ｂが伸長変位する。こ
れにより、今度は本体部１０が他方の群を構成す
る変位部材１２ｂによつて支持されるようにな
り、一方の群からなる変位部材１２ｂが床面２６
から若干浮いた状態になる（第３図ｃの状態参
照）。

そして、変位部材１２ａを構成する水平部位１
８の第１圧電素子ユニツト２２ａに対する電圧の
印加を停止する。これにより、当該圧電素子ユニ
ツト２２ａは収縮変位し、結局、一方の群からな
る変位部材１２ａは第２図の状態に復帰する（第
３図ｄの状態参照）。この後、他方の群からなる
変位部材１２ａの第２圧電素子ユニツト２２ｂに
対する電圧の印加も停止され、本体部１０は両方
の群からなる変位部材１２ａ，１２ｂによつて支
持される。

このようにして一方の群からなる変位部材１２
ａを第２圧電素子ユニツト２２ｂにおる垂直方向
変位（伸長変位）→第１圧電素子ユニツト２２ａ
における水平方向変位（伸長変位）→第２圧電素
子ユニツト２２ｂにおける垂直方向変位（収縮変
位）→第１圧電素子ユニツト２２ａにおける水平
方向変位（収縮変位）を１周期として繰り返して
変位させれば、本体部１０は順次Ｘ方向またはＹ
方向に移動する。

換言すれば、前記変位部材１２ａ，１２ｂは、
所謂、尺取虫のように変位動作して本体部１０を
所定ストロークだけ直線的に移動させる。従つ
て、Ｘ方向に変位する群からなる変位部材１２ａ
とＹ方向に変位する群からなる変位部材１２ｂと
を交互に変位動作させれば、本体部１０は、第４
図に示すように、Ｘ−Ｙ方向に自由に移動するこ
とが可能である。

一方、第４図に例示した移動に対してその逆の
移動を行わせる場合には、夫々の群からなる変位
部材１２ａ，１２ｂを第１圧電素子ユニツト２２
ａにおける水平方向変位（伸長変位）→第２圧電
素子ユニツト２２ｂにおける垂直方向変位（伸長
変位）→第１圧電素子ユニツト２２ａにおける水
平方向変位（収縮変位）→第２圧電素子ユニツト
２２ｂにおける垂直方向変位（収縮変位）を１周
期として繰り返して変位させればよいことが容易
に諒解されよう。

次に、第５図乃至第８図は本発明に係るアクチ
ユエータの第２乃至第５の実施例を示す。

第５図は第２図に示したアクチユエータの第２
垂直部位２０の先端面２０ａにゴム等からなる弾
性体３０を配設した実施例を示している。この場
合、弾性体３０により床面２６等との圧着時にお
ける摩擦抵抗の増大が図られ、移動制御が確実に
達成される。

第６図は第４図における本体部１０を曲面状に
形成して同じく曲面状に形成された床面２６上を
Ｘ−Ｙ方向に自由に移動させるようにいた実施例
を示す。

第７図は第４図における本体部１０を円筒状に
形成すると共にこれを固定し、且つ、その内部に
断面円形のシヤフト３２を嵌挿し、前記X₁−Y₁
方向に変位動作する移動手段１２によりシヤフト
３２を軸線方向に移動あるいは回転させるように
した実施例を示す。

第８図は第７図おける本体部１０を多段的に組
み合わせて団体的に回転自在で、且つ、伸縮自在
な筒部材を構成するようにした実施例を示す。

以上説明したように、本発明によれば、本体部
に屈折した棒状の変位部材をマトリツクス状に複
数植設すると共に、その変位部材の水平部位と垂
直部位の夫々の一部を圧電素子ユニツトで形成
し、これらの変位部材を連動して変位動作させる
ように移動手段を構成したので、圧電素子の変位
力を効果的に利用して物体をＸ−Ｙの任意の方向
に容易に移動することができるという効果が得ら
れる。この場合、前記の移動制御が電気的に行わ
れるために極めて高い精度で行われるという効果
も奏する。

以上、本発明について好適な実施例を挙げて説
明したが、本発明は前記の実施例に限定されるも
のではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲にお
いて種々の改良および設計の変更が可能なことは
勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るアクチユエータの第１の
実施例を示す斜視図、第２図は第１図の装置の要
部拡大断面図、第３図ａ乃至第３図ｄは第１図に
示す変位部材の作動順序を示す各々の断面図、第
４図は第１図の変位部材の作用状態を示す説明
図、第５図は本発明に係るアクチユエータの第２
の実施例を示す断面図、第６図は本発明に係るア
クチユエータの第３の実施例を示す正面図、第７
図は本発明に係るアクチユエータの第４の実施例
を示す斜視図、第８図は本発明に係るアクチユエ
ータの第５の実施例を示す正面図である。 １０……本体部、１２……移動手段、１２ａ，
１２ｂ……変位部材、１４……垂直部位、１６…
…取付穴、１８……水平部位、２０……垂直部
位、２２ａ，２２ｂ……圧電素子ユニツト、２４
ａ，２４ｂ……電源線、２６……床面、３０……
弾性体、３２……シヤフト。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 本体部１０と移動手段１２とからなり、前記
   移動手段１２は一方の群からなる変位部材１２ａ
   と他方の群からなる変位部材１２ｂとから構成さ
   れ、夫々の変位部材１２ａ，１２ｂは水平部位１
   ８と前記水平部位１８の両端部から互いに反対方
   向へと延在する第１の垂直部位１４と第２の垂直
   部位２０とを有し、夫々の変位部材１２ａ，１２
   ｂの前記第１垂直部位１４の先端部は前記本体部
   １０に固着され且つ水平部位１８はその軸線方向
   へ伸長収縮する第１の圧電素子ユニツト２２ａを
   有すると共に前記第２垂直部位２０はその軸線方
   向へ伸長収縮する第２の圧電素子ユニツト２２ｂ
   を有し、しかも前記一方の群からなる変位部材１
   ２ａの水平部位１８と他方の群からなる変位部材
   １２ｂの水平部位１８とは互いに直交するように
   配置されたマトリクス状に構成し、前記群からな
   る両変位部材１２ａ，１２ｂの第１圧電素子ユニ
   ツト２２ａ並びに第２圧電素子ユニツト２２ｂに
   対する電源のオン／オフを行うことにより前記変
   位部材１２ａ，１２ｂの第２垂直部位２０を介し
   て前記本体部１０をＸ−Ｙ方向へと移動すること
   を特徴とするアクチユエータ。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の装置において、
   変位部材１２ａ，１２ｂはその先端面に弾性体３
   ０が配設されてなるアクチユエータ。