JPH0584152B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【0001】

【産業上の利用分野】 本発明はアクチユエータ
の制御方法に関し、一層詳細には圧電素子の変位
力を効果的に利用して移動体を駆動するようにし
たアクチユエータの制御方法に関する。

【0002】

【従来の技術】 従来から各種機械における移動
体の搬送等には油圧、空気圧等の流体圧を利用し
たアクチユエータが広汎に用いられている。この
種のアクチユエータは比較的大きな力とストロー
クとを生み出すために駆動系には必要不可欠であ
る。一方、従来からこの種のアクチユエータは流
体を利用するために精度の高い制御が困難である
との問題がある。

【0003】

【発明が解決しようとする課題】 ところが、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
て移動体を駆動すれば、電界に基づく駆動である
ために制御しやすくその精度も高い等の効果を生
ずる。

【0004】 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移動体を途切れなく
円滑に移動することを可能とした新規なアクチユ
エータの制御方法を提供することを目的とする。

【0005】

【課題を解決するための手段】 前記の目的を達
成するために、本発明は、所定方向に配列された
複数の圧電素子ユニツトを有し、前記夫々の圧電
素子ユニツトの第１の圧電素子積層体とこれに偏
位して配設された第２の圧電素子積層体を付勢し
て移動部材を変位させるアクチユエータの制御方
法であつて、 第１の圧電素子ユニツトの第１圧電素子積層体を
付勢し、次いで、第２の圧電素子ユニツトの第１
圧電素子積層体を付勢する前に前記第１圧電素子
ユニツトの第２圧電素子積層体を付勢し、次に前
記第１圧電素子ユニツトに隣接する第２の圧電素
子ユニツトの第１圧電素子積層体を付勢し、前記
第１圧電素子ユニツトの第１圧電素子積層体を滅
勢し、さらに、前記第２圧電素子ユニツトの第２
圧電素子積層体を付勢し、これを繰り返し行うこ
とにより移動部材を変位させることを特徴とす
る。

【0006】

【作用】 本発明方法では、圧電素子ユニツトの
第１の圧電素子積層体を駆動して移動部材に前記
圧電素子ユニツトの端部を当接させた後、第２の
圧電素子積層体を駆動することで、間断なく移動
部材を所望の方向に連続的に変位させることがで
きる。

【0007】

【実施例】 以下、本発明に係るアクチユエータ
の制御方法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。

【0008】 図１に本発明に係るアクチユエータの
制御方法が適用される第１の実施例を示す。

【0009】 図において、参照符号１０は移動体を
示し、この移動体１０は後述するアクチユエータ
１２により図中の矢印Ａの方向に往復動作するよ
うになつている。前記アクチユエータ１２は本体
部１４とこの本体部１４の面上に植設される屈曲
形状の変位部材１６とを含む。すなわち、前記変
位部材１６はその途上で屈曲し、図において垂直
部位１８の両端部から互いに反対方向に延在する
水平部位２２と２４とを有する。なお、前記変位
部材１６は断面円形の丸棒状に形成されるととも
に一方の垂直部位１８の先端部は本体部１４の面
上に形成された取付穴２０に圧入されてこの本体
部１４に固着される。前記水平部位２２と垂直部
位２４の一部には圧電素子を積層して構成される
圧電素子ユニツト２６ａおよび２６ｂが配設され
る。

【0010】 すなわち、前記第１および第２の圧電
素子ユニツト２６ａおよび２６ｂ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
に形成されるとともに電源線２８ａおよび２８ｂ
を介して図外の直流電源に夫々独立して接続され
る。従つて、本実施例では前記第１および第２の
圧電素子ユニツト２６ａおよび２６ｂは、前記電
源線２８ａおよび２８ｂを介して所定の極性での
電圧が印加されると、変位部材１６の長手方向
（軸線方向）に伸長変位するように構成されるも
のである。

【0011】 本発明に係る方法を実施するためのア
クチユエータは基本的には以上のように構成さ
れ、次に図２ａ乃至図２ｂを参照してその作用お
よび効果について説明する。

【0012】 今、移動体１０を図１の状態から右方
向に移動させたい時は、先ず、変位部材１６の他
方の垂直部位２４に設けた第２圧電素子ユニツト
２６ｂに対して電源線２８ｂを介して所定の電圧
を印加すればよい。これにより、前記垂直部位２
４の第２圧電素子ユニツト２６ｂは伸長変位し、
図２ａの状態のようにその先端面２４ａが移動体
１０の表面に当接し、これと強く圧着する。

【0013】 次に、前記の状態のまま、今度は水平
部位２２の第１圧電素子ユニツト２６ａに同じく
電源線２８ａ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２２の第１圧電素子ユニ
ツト２６ａは図２ｂの状態のように水平方向に伸
長変位する。この時、前記垂直部位２４の先端面
２４ａは移動体１０に圧着したままであるため、
前記先端面２４ａと移動体１０間の摩擦抵抗によ
つてこの移動体１０は水平方向に移動する。勿
論、前記移動体１０の図示しない反対側の表面は
適宜の手段により水平方向に摺動可能に保持して
おく。

【0014】 この後、前記垂直部位２４の第２圧電
素子ユニツト２６ｂ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２６ｂは
収縮変位し、その先端面２４ａが移動体１０の表
面から離間する（図２ｃの状態参照）。

【0015】 そして、最後に、水平部位２２の第１
圧電素子ユニツト２６ａ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２６
ａは収縮変位し（図２ｄの状態参照）、結局、変
位部材１６は図１の状態に復帰する。

【0016】 このようにして、変位部材１６を第２
圧電素子ユニツト２６ｂにおける垂直方向変位
（伸長変位）→第１圧電素子ユニツト２６ａにお
ける水平方向変位（伸長変位）→第２圧電素子ユ
ニツト２６ｂにおける垂直方向変位（収縮変位）
→第１圧電素子ユニツト２６ａ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
動作させれば、移動体１０は順次図中の右方向に
移動される。前記変位部材１６は変位動作して移
動体１０を所定ストロークだけ直線的に移動させ
る。

【0017】 一方、移動体１０を図１の状態から左
方向に移動させたい場合、前記変位部材１６を第
１圧電素子ユニツト２６ａにおける水平方向変位
（伸長変位）→第２圧電素子ユニツト２６ｂにお
ける垂直方向変位（伸長変位）→第１圧電素子ユ
ニツト２６ａにおける水平方向変位（収縮変位）
→第２圧電素子ユニツト２６ｂ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
動作させればよいことは前記の説明から容易に諒
解されよう。

【0018】 次に、図３、図４、図８は本発明に係
るアクチユエータの制御方向が適用される第２乃
至第４の実施例を示す。

【0019】 すなわち、図３の実施例では図１に示
した実施例において、垂直部位２４の先端面２４
ａにさらにゴム等からなる弾性体３０を配設して
いる。このように構成すれば移動体１０との圧着
時における摩擦抵抗の増大が図られ、移動体１０
の変位を一層確実にすることができる。

【0020】 さらに、図４は図１における変位部材
１６をシヤフト状の移動体１０に対して円周方向
に複数配設するとともに軸線方向に多段的に配設
し、しかもその変位動作の周期も円周方向に複数
配設した変位部材１６においては同一周期とし、
軸線方向に多段的に配設した変位部材１６は、図
５に示すように、順次継続的に変位するようにし
た実施例を示す。

【0021】 例えば、図６では変位部材が１段であ
るために移動体１０は間歇的に移動する。然しな
がら、移動体１０がこの実施例のように多段であ
れば図７に示すように、移動体１０の軸線方向へ
移動速度にはむらがなくなり、移動体１０はスム
ーズに移動する。換言すれば、移動体１０は間歇
的な軸線方向移動からより連続的な軸線方向移動
を達成するようになる。

【0022】 図８は図４におけるアクチユエータを
開閉弁のアクチユエータとして応用した実施例を
示す。すなわち、多段的に配設された変位部材１
６により軸線方向移動がなされる移動体１０の先
端にポペツト形の弁体３２を固着し、これを本体
部１４と一体的に形成された弁ハウジング３４内
の弁室３６に臨設している。

【0023】 従つて、変位部材１６に所定の極性で
電圧を印加すれば、移動体１０はこの弁室３６に
連通する弁口３８に対し図中の左右方向に進退移
動して弁の開閉制御を行うことが可能となる。

【0024】

【考案の効果】 以上説明したように、本発明に
よれば、圧電素子ユニツトを構成する第１および
第２の圧電素子積層体を交互に駆動制御すること
で、当該圧電素子積層体の変位力を効果的に利用
して移動体を円滑に、すなわち、蠕動運動の如く
任意の方向に連続的に駆動することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法が適用されるアクチユエータ
の第１の実施例を示す断面図である。

【図２】図１のアクチユエータの作動順序を示す
夫々の概略断面説明図である。

【図３】本発明方法が適用されるアクチユエータ
の第２の実施例を示す概略断面説明図である。

【図４】本発明方法が適用されるアクチユエータ
の第３の実施例を示す概略断面説明図である。

【図５】図４の多段的に配設された各変位部材の
タイムチヤートである。

【図６】図１のアクチユエータにおける移動体の
速度特性図である。

【図７】図４のアクチユエータにおける移動体の
速度特性図である。

【図８】本発明方法が適用されるアクチユエータ
の第４の実施例であるとともに図４のアクチユエ
ータの応用例を示す概略断面説明図である。

【符号の説明】

１０……移動体 １２……アクチユエータ １４……本体部 １６……変位部材 １８……垂直部位 ２０……取付穴 ２２……水平部位 ２４……垂直部位 ２６ａ，２６ｂ……圧電素子ユニツト ２８ａ，２８ｂ……電源線 ３０……弾性体 ３２……弁体 ３４……弁ハウジング ３６……弁室 ３８……弁口。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定方向に配列された複数の圧電
   素子ユニツトを有し、前記夫々の圧電素子ユニツ
   トの第１の圧電素子積層体とこれに偏位して配設
   された第２の圧電素子積層体を付勢して移動部材
   を変位させるアクチユエータの制御方法であつ
   て、 第１の圧電素子ユニツトの第１圧電素子積層体を
   付勢し、次いで、第２の圧電素子ユニツトの第１
   圧電素子積層体を付勢する前に前記第１圧電素子
   ユニツトの第２圧電素子積層体を付勢し、次に前
   記第１圧電素子ユニツトに隣接する第２の圧電素
   子ユニツトの第１圧電素子積層体を付勢し、前記
   第１圧電素子ユニツトの第１圧電素子積層体を滅
   勢し、さらに、前記第２圧電素子ユニツトの第２
   圧電素子積層体を付勢し、これを繰り返し行うこ
   とにより移動部材を変位させることを特徴とする
   アクチユエータの制御方法。