JPH05327053A - 圧電アクチュエータの変位拡大機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】圧電アクチュエータの寸法のばらつきによるレ
バー回動支点部の隙間の発生を防止する。 【構成】圧電アクチュエータ２が組み込まれたフレーム
１に調整ねじ１０を装着し、座屈弾性ヒンジ９を介して
フレーム１に一体形成されたレバー４と圧電アクチュエ
ータ２との間に隙間が生じたときは、調整ねじ１０を締
め込んでフレーム頭部１ａを調整ヒンジ１ｂを支点に回
動させることによりレバー４を圧電アクチュエータ２に
押圧して隙間を吸収する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、積層型圧電素子から
なるアクチュエータ（圧電アクチュエータと称するが、
以下、単にアクチュエータと記す）の変位をてこの原理
で拡大する機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】上記変位拡大機構として図８に示すもの
が提案されている。ここで、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は
正面図である。図において、１は逆門形のフレーム、２
はその内側に配置された積層型圧電素子からなるアクチ
ュエータ、３はアクチュエータ２の上面に載置された受
け板、４はレバー、５はレバー４と受け板３との間に介
挿された左右一対の円筒状の可動支点ピン、６はレバー
４を支持する左右一対の可撓ヒンジ、７は可撓ヒンジ６
の直上でレバー４に垂直に取り付けられた変位出力片で
ある。板ばねからなる可撓ヒンジ６の両端は、樹脂ある
いは可撓ヒンジ６より低融点の合金からなるフレーム１
及びレバー４にそれぞれインサート成形により固着され
ている。

【０００３】このような構成の下で、リード線８から電
圧を印加されるとアクチュエータ２に伸び変位が生じ、
この変位は可動支点ピン５を介してレバー４に伝えられ
る。このレバー４は可撓ヒンジ６の湾曲により図８
（Ａ）の反時計方向に回動し、上記変位は可撓ヒンジ６
から可動支点ピン５までの腕の長さと、可撓ヒンジ６の
湾曲部から変位出力片７の出力端７ａまでの腕の長さの
比によりてこの原理で拡大されて出力端７ａから取り出
される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来構
成には次のような問題があった。 (1) アクチュエータの寸法のばらつきにより可動支点ピ
ン部分に隙間を生じやすいので、組み立て時にフレーム
をアクチュエータに合わせて再加工しなければならな
い。 (2) 圧電素子の熱膨張率は常用温度では負の特性を示す
ため、高温や温度変化の大きい環境下では可動支点ピン
部分に隙間が生じ、必要な特性を満足できない。 (3) 粉塵環境下ではアクチュエータが絶縁破壊し、ショ
ートにより火花が発生して火災になる恐れがあるため、
アクチュエータの動作電圧はできるだけ低くしたいとい
うユーザの要求がある。その場合、低電圧でも十分な変
位出力を得るためには１００倍以上の変位拡大率が必要
となるが、従来構成のように可撓ヒンジに大きな引張り
応力を負荷する構造ではそれが実現できない。 (4) 可撓ヒンジを変形させるために外部から負荷が作用
しなくてもアクチュエータに力が発生し、その分、アク
チュエータの変位がロスする。 そこで、この発明は、これらの問題点を解決した圧電ア
クチュエータの変位拡大機構を提供することを目的とす
るものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明は、レバーをア
クチュエータに押圧する調整ねじを設けることにより、
アクチュエータの寸法のばらつきを吸収する。また、こ
の発明は、調整ねじの押圧力を高熱膨張材を介して作用
させることにより、アクチュエータの熱膨張率の負特性
を吸収する。また、この発明は、レバーの出力端に連動
してその変位を更に拡大する第２レバーを設けることに
より、低電圧でも高い変位拡大率が得られるようにす
る。また、この発明は、レバーの回動支点を円筒状の支
点と円弧状の溝とで構成することにより、可撓ヒンジを
不要とする。

【０００６】

【作用】調整ねじによりレバーをアクチュエータに押圧
して、アクチュエータの寸法のばらつきにより生じる隙
間を吸収する。その場合、調整ねじと同軸上に高熱膨張
材を配しておくことにより、高温時のアクチュエータの
寸法の縮小を高熱膨張材の伸長により自動的に補償する
ことができる。レバーに第２レバーを連動させて変位を
２段に拡大することにより、低電圧によるアクチュエー
タの小さい変位から十分な出力を得ることができる。可
撓ヒンジに代えて円筒状の支点と円弧状の溝との組み合
わせで回動支点を構成することにより、可撓ヒンジの変
形のためのアクチュエータの変位ロスをなくすことがで
きる。

【０００７】

【実施例】以下、図１〜図７に基づいてこの発明の実施
例を説明する。なお、従来例と対応する部分には同一の
符号を用いるものとする。実施例１ 図１〜図４に実施例１を示す。ここで、図１の（Ａ）は
平面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は側面図、図２は図１
におけるフレームの側面図、図３及び図４は図１の要部
拡大図である。これらの図において、工字形のフレーム
１の頭部１ａと一体に座屈弾性ヒンジ９を介してレバー
４が形成されており、レバー４とフレーム１の基部１ｂ
との間に積層型圧電素子からなるアクチュエータ２が組
み込まれている。アクチュエータ２とレバー４との間に
は入力支点金具３が挿入され、図３に示すように、その
半円筒状の突起３ａとレバー４の円弧状の溝４ａとが嵌
合している。

【０００８】フレーム１の頭部１ａと胴部１ｃとの間に
は調整ヒンジ１ｄが形成され、頭部１ａには調整ヒンジ
１ｄを挟んでレバー４と反対側に調整ねじ１０がねじ込
まれ、またこの調整ねじ１０に接するようにフレーム基
部１ｂには胴部１ｃと平行に高熱膨張材１１が取り付け
られている。レバー４の側面にはアクチュエータ２に沿
ってＴ字形の変位出力片７がねじ１２で固定され、変位
出力片７の円筒状の出力端７ａにはＬ形の第２レバー１
３の入力端１３ａがＵ字溝１４を介して嵌合している。
第２レバー１３は支点ねじ１５によりフレーム基部１ｂ
に回動自在に取り付けられている。変位出力片７の出力
端７ａは第２レバー１３のＵ字溝１４に対して摺動自在
となっているが、これらの間のバックラッシュの影響を
除くために、図４に示すように変位出力片７と第２レバ
ー１３との間には引張ばね１６が設けられ、出力端７ａ
はＵ字溝１４の一側に押し付けられている。

【０００９】図示変位拡大機構の組み立て時には、調整
ねじ１０をねじ込むことによりフレーム頭部１ａを調整
ヒンジ１ｄを支点に図１（Ｃ）の反時計方向に回動させ
てレバー４をアクチュエータ２に押圧し、アクチュエー
タ２の寸法のばらつきによる突起３ａと溝４ａとの間の
隙間を除去する。また、熱膨張による伸びは高熱膨張材
１１の方がフレーム１よりも大きくなっており、アクチ
ュエータ２が温度上昇時に負の熱膨張特性を示しても、
高熱膨張材１１が調整ねじ１０を突き上げ、フレーム頭
部１ａを回動させて突起３ａと溝４ａとの間に隙間を生
じさせない。

【００１０】アクチュエータ２がリード線８から電圧を
印加されて伸び変位を生じると、座屈弾性ヒンジ９は図
３における突起３ａと溝４ａとの接触点との間のオフセ
ットｅのために一定方向に座屈変形し、レバー４が反時
計方向に回動する。これに伴って変位出力片７の出力端
７ａが図１（Ｃ）の右方向に変位し、これに連動する第
２レバー１３の出力端１３ｂは下方向に変位する。アク
チュエータ２の変位はオフセット寸法ｅと変位出力片７
の腕の長さの比で拡大され、更に第２レバー１３の腕の
長さの比で拡大される。

【００１１】実施例２ 図５は実施例２の側面図である。この実施例では変位出
力片７がアクチュエータ２と同一面状でレバー４に固定
されている。この構成によれば、変位拡大機構の厚さ
（幅）寸法が小さくなる。

【００１２】実施例３ 図６は実施例３の側面図、図７はその要部拡大図であ
る。この実施例ではフレーム１に一体形成された円筒状
の支点１７とレバー４の円弧状の溝１８とによりレバー
４の回動支点が構成され、レバー４はフレーム頭部１ａ
との間に挿入された圧縮ばね１９により入力支点金具３
の突起３ａと支点１７との双方に圧接されている。アク
チュエータ２が伸び変位を生じるとオフセットｅ（図
７）によりレバー４が回動し、拡大された変位が変位出
力片７の出力端７ａから出力される。この構成によれ
ば、レバー４の回動支点部が変形しないのでアクチュエ
ータ２の変位がロスすることなく取り出される。

【００１３】

【発明の効果】この発明によれば、調整ねじあるいは高
熱膨張材を設けることにより、アクチュエータの寸法の
ばらつきや高温環境などでの使用によるレバー回動支点
部の隙間が確実に吸収されて変位拡大率が向上する。ま
た、レバーを２段に設けることにより変位拡大率が大幅
に向上し、低電圧でも十分な出力変位が得られる。更に
は、可撓ヒンジに代えて円筒状の支点と円弧状の溝との
組み合わせでレバーの回動支点を構成することにより、
アクチュエータの変位を無駄なく取り出せるようにな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１を示し、（Ａ）は平面図、
（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は側面図である。

【図２】図１におけるフレームの側面図である。

【図３】図１におけるレバー回動支点部の拡大図であ
る。

【図４】図１における変位出力片端部の拡大図である。

【図５】この発明の実施例２の側面図である。

【図６】この発明の実施例３の側面図である。

【図７】図６におけるレバー回動支点部の拡大図であ
る。

【図８】従来例を示し、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は正面
図である。

【符号の説明】

２ アクチュエータ ４ レバー ９ 座屈弾性ヒンジ １０ 調整ねじ １１ 高熱膨張材 １３ 第２レバー １７ 円筒状の支点 １８ 円弧状の溝

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】積層型圧電素子からなるアクチュエータの
   伸び変位でレバーを回動させ、前記変位をてこの原理で
   拡大して出力する圧電アクチュエータの変位拡大機構に
   おいて、 レバーをアクチュエータに押圧する調整ねじを設けたこ
   とを特徴とする圧電アクチュエータの変位拡大機構。
2. 【請求項２】調整ねじの押圧力を高熱膨張材を介して作
   用させることを特徴とする請求項１記載の圧電アクチュ
   エータの変位拡大機構。
3. 【請求項３】レバーの出力端に連動してその変位を更に
   拡大する第２レバーを設けたことを特徴とする請求項１
   又は請求項２記載の圧電アクチュエータの変位拡大機
   構。
4. 【請求項４】レバーの回動支点を円筒状の支点と円弧状
   の溝とで構成したことを特徴とする請求項１〜請求項３
   のいずれかに記載の圧電アクチュエータの変位拡大機
   構。