JPS61168833A - ラツチ型圧電アクチユエ−タ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、圧電素子を用いたラッチ型のアクチェエータ
に関する。

（従来技術とその問題点） 従来、ラッチ型のアクチェエータとしてはコイルを用い
た電磁アクチェエータが使用されてきたコしかしながら
電磁アクチェエータはコイルに通電することによシ磁界
を発生しその磁力を利用して可動部材を動かすため、大
きな入力エネルギを必要とし発熱および磁気干渉などの
問題点があった。

また、コイルを使うため小型化が難しかった。

（発明の目的） 本発明は、このような従来の欠点を除去せしめて、構造
が単純で小屋、低電力、低発熱で磁気干渉のないラッチ
温圧電アクチェエータを提供することにある。

（発明の構成） 本発明によれば、飛行部材を有する板ばねと、前記板は
ねを湾曲するように支持する支持部と、前記湾曲した板
ばねの凸面に対向して前記飛行部材に力を与える圧電素
子とから構成されることを特徴とするラッチ温圧電アク
チェエータが得られるＯ （構成の詳細な説明）。

本発明は、上述の構成をとることにより従来技術の問題
点を解決した。

まず、飛行部材の駆動源として、エネルギ変換効率の高
いことで知られている圧電素子を用いることによシ低電
力、低発熱で磁気干渉がなくなる。

また、板ばねに軸力を加えて湾曲させることによシその
板ばねは反転ばねとな９．板ばねに設けられた飛行部材
がその板ばねの両端を結ぶ直線上通過するとその板ばね
は反転動作しラッチされる。

圧電素子に電圧を印加すると、圧電素子は微小ながら非
常に速く変位するため、飛行部材は圧電素子よシカを受
けて加速され圧電素子を離れ飛行、する。そして、飛行
部材が板はねの両端を結ぶ直Ｓｔ−通過するとその板ば
ねは反転動作しラッチされ、圧電素子の変位量よシもは
るかく長い飛行部材のストロークを得ることができる。

さらに、コイルを用いてないうえ１反転ばねも板ばねに
より構成されているため、構造が単純で小型となる。

（実施例） 以下５本発明の実施例について図面を参照して詳細に説
明する。

第１図は本発明ｔ−ＩＪレーに適用した一実施例を示す
図である。第１図において、板ばねｌの中央部付近に飛
行部材として可動接点２を設け、この板はねｌの両瑞ヲ
取付部材３に設けられた支持部としての溝３ａ、３ｂに
そう人して板ばね１に軸力を与え、板はねｌは湾曲して
いる。また、第一の圧電素子４の伸縮方向（矢印入方向
）の一端４ａに第一の固定接点５を接続し、第二の圧電
素子６の伸縮方向（矢印Ｂ方向）の一端６ｍに第二の固
定接点７ｔ−接続し、第一の固定接点５と第二の固定接
点７を、可動接点２をはさんで対向して配置しである。

さらに第１図（ａ）に示すように、板はねｌの湾曲した
凸面側に配置された第一の固定接点５に可動接点２がら
る予圧を持って接するように。

第一の圧電素子４の他端４ｂは取付部材３に固定されて
いる０第二の固定接点７は、第一の固定接点５と、板ば
ねｌの両端を結ぶ直線に関して対称な位置になるように
第二の圧電素子６の他端６ｂが取付部材３に固定されて
いる０ 第１図（ａ）に示すような可動接点２が第一の固定接点
５に接している状態で、第一の圧電素子４に電圧を印加
すると、第一の圧電素子４は矢印Ａの方向に微小ながら
非常に高速で変位する。すると。

第一の固定接点５に接している飛行部材としての可動接
点２は、第一の圧電素子４から力を受は加速され、第一
の固定接点ｓＹｃ離れ飛行し、板はねｌの両端を結ぶ直
ｌ＠を通過し板ばねｌは反転動作して、第１図（ｂ）に
示すように可動接点２が第二の固定接点７に接した状態
となる口また。第１図（ｔｌに示すような可動接点２が
第二の固定接点７に接した状態から、第二の圧電素子６
に電圧を印加すると、可動接点２は第二の圧電素子６か
ら矢印Ｂの方向に力を受は加速され第二の固定接点７ｔ
−離れ第一の固定接点５の方に飛行し板ばね１は再び反
転動作し、第１図（りに示すような可動接点２が第一の
固定接点５に接した状態となる口このようにして可動接
点２ｔ−１第一の固定接点５から第二の固定接点７へ、
あるいは、第二の固定接点７から第一の固定接点５へ切
シ替えることができる。

このような本発明においては、電圧印加時の第一６るい
は第二の圧電素子４，６の発生力によシ飛行部材として
の可動接点２を加速し飛ばし板ばね１を反転動作させる
ため、第一あるいは第二の圧電素子４，６の変位量の数
十倍から数百倍という大きな可動接点２のストロークを
得ることができ、また、大きな接触力も得られる口 さらに、飛行部材としての可動接点２の駆動源として、
エネルギ変換効率の高いことで知られている圧電素子を
用いているため、低電力、低発熱で磁気干渉がなくなる
。

そのうえ、コイルがなく、板はねに軸力を刃口えて反転
はねにしてラッチ動作を行わせるため構造が単純で小製
となる。

上述の例では、可動接点２″Ｉｋ切シ替えるのに、第一
の圧電素子４と第二の圧電素子６に交互に電圧を印加し
たが、第一の圧電素子４と第二の圧電素子６に同時に電
圧を印加することによっても可動接点２Ｍ−切シ替える
ことができる口このような使い方は、従来のラッチ型電
磁アクチェエータにおりてはできなかつた０ なお圧電素子への電圧の印加はパルス的に速く立ち上げ
る必要があるが、パルス幅は短くてもよい。例えばパル
ス幅は０．１ｍｓもあれば十分で６９゜長い分にはかま
わない。圧電素子は電気的にはコンデンサと同じで多る
ため、電圧を長時間印加し続けても電力を消費すること
がなく、したがって発熱もしない口 第２図は本発明をリン−に適用した他の実施例を示す斜
視図で、取付部材８の形状が前述の実施例と異なる。な
お取付部材の形状にかかわらず本発明の効果は同様に発
揮されることは言うまでもない。

第３図は本発［表示器に適用した一実施例を示す図であ
るり第３１１（ａ）において、飛行部材９と第一の表示
板１１の接続した板はねｌは、取付部材３に設けられた
支持部としての溝３ａ、３ｂにそう人され軸力を受は湾
曲し、飛行部材９が取付部材３に接続された第一の圧電
素子４に接している０第二の圧電素子６は、第３図（ｂ
）に示すように、板はねｌが反転した場合、飛行部材９
が接するように取付部材３に接続している０また、第二
の表示板１２は、板ばねｌが反転した場合、第一の表示
板１１が上に重なるような位置に取付部材３に取シ付け
られている。さらに、第二の表示板１２の上に窓ｌＯが
設けられておシ、外部からは窓１０の所しか見えない〇 いま、第３図（ａ）に示すように第一の表示板１１に「
使用中」、第二の表示板１２に「空」という文字が書か
れている場合について説明する。飛行部材９が、第３図
（ａ）に示すように、第一の圧電素子４に接している場
合、外部からは窓１０ｉ通して第二の表示板１２上に書
かれた「空」という文字が見える。この状態から第一の
圧電素子４に電圧を印加すると、飛行部材９は第一の圧
電素子４から力を受は加速され、第一の圧電素子４金離
れ飛行し板ばねｌの両端を結ぶ直線を通過し板ばねｌは
反転動作して、第３図（ｂ）に示すように飛行部材９が
第二の圧電素子６に接し、第一の表示板１１が第二の表
示板１２の上に重なる口したがって外部からは窓ｌＯを
通して第一の表示板１１上に書かれた「使用中」という
文字が見えるようになる口また第３図（ｂ）に示すよう
な飛行部材９が第二の圧電素子６に接している状態から
第二の圧電素子６に電圧を印加すると、板はねｌは再び
反転動作し、第３図（ｍｌに示すような飛行部材９が第
一の圧電素子４に接した状態に戻夛、第二の表示板１２
上に書かれた「空」という文字が見えるようになる口こ
のような本発明の一実施例においても、構造が単純で小
屋、低電力、低発熱で磁気干渉のないという本発明の効
果は同様に発揮されることは言うまでもない。

第４図は本発明を光路スイッチに適用した一実施例を示
す図である。第４図（ａ）において、飛行部材９は板は
ね１の中央部に設けられておシ、ミラー１３は飛行部材
９と板ばねｌの固定端３ａとの中間に設けられている。

また板はねｌは取付部材３に設けられた支持部としての
溝３ａ、３ｂにそう人され軸力を受けて湾曲し、飛行部
材９が取付部材３に接続された第一の圧電素子４に接し
ている。第二の圧電素子６は、第４図（ｂ）に示すよう
に、板はね１が反転動作した場合、飛行部材９が接する
ように取付部材３に接続している◇ このような構成の実施例において、第４図（ａ）に示す
ように飛行部材９が第一の圧電素子４に接している場合
、板ばね１は第一の圧電素子４の方へ湾曲しているため
、矢印Ｃの方向からの入射光はミラー１３で反射され矢
印りの方向へ反射光となって出て行く。この状態で第一
の圧電素子４に電圧を印加すると、飛行部材９は第一の
圧電素子４から力を受は加速され、第一の圧電素子４を
離れ飛行し板ばね１の両端を結ぶ直線を通過し板はねｌ
は反転動作して、第４図（ｂ）に示すように飛行部材９
が第二の圧電素子６に接した状態となる。したがって板
ばね１は第二の圧電素子６の方に湾曲しミラー１３の入
射光に対する角度が変わるため。

矢印Ｃの方向からの入射光は矢印Ｅの方へ反射光となっ
て出て行く。また、第４図（ｂｌに示すような飛行部材
９が第二の圧電素子６に接している状態から第二の圧電
素子６に電圧を印加すると、板ばねｌは再び反転動作し
第４図（ａ）に示すような飛行部材９が第一の圧電素子
４に接する状態に戻る。

このようにして光路を切シ替えることができる〇このよ
うな本発明の一実施例においても、構造が単純で小製、
低電力、低発熱で磁気干渉のないという本発明の効果は
同様に発揮されることは言うまでもない。

第５図は本発明をベンレコーダ等のベンの昇降機構に適
用した一実施例を示す図である。第５図（１）において
、ベンホルダ１４を接続した板はね１は、取付部材３に
設けられた支持部としての溝３ａ、３ｂにそう人され軸
力を受は第一の圧電素子４の方へ湾曲している。そして
板はねｌに設けられた飛行部材９が取付部材３に接続さ
れた第一の圧電素子４に接している。第二の圧電素子６
は、第５図（ｂ）に示すように、板ばね１が反転した場
合、飛行部材９が接するように取付部材３に接続してい
る。またベン１５はペンホルダ１４に支持されている〇 このような構成の実施例において、第５図（ａｌに示す
ように飛行部材９が第一の圧電素子４に接している状態
で、第一の圧電素子４に電圧を印加すると、飛行部材９
は第一の圧電素子４から力を受は加速され、第一の圧電
素子４を離れ飛行し板はね１の両端を結ぶ直Ｓｔ−通過
し板はね１は反転動作して、第５図（ｂ）に示すような
飛行部材９が第二の圧電素子６に接した状態となる。し
たがってベン１５は上から下に降り印字できる。またＮ
５図（ｂ）Ｋ示すような飛行部材９が第二の圧電素子６
疼接した状態で、第二の圧電素子６に電圧を印加すると
板ばねｌは再び反転動作し第５図（ａ）に示すような飛
行部材９が第一の圧電素子４に接した状態に戻る。この
ようにしてベン１ｓｔ−昇降させることができる。

このような本発明の一実施例においても、構造が単純で
小型、低電力、低発熱で磁気干渉のないという本発明の
効果は同様に発揮されることは原５までもない。

第６図は本発明を流路の開閉器に適用した一実施例を示
す図であるロ第６図（２）において、２個の飛行部材１
６．１７ｔ−設は丸板ばね１８は、取付部材１９に設け
られた支持部としての溝１９ａ　、１９ｂにそう人され
軸力を受は湾曲し、飛行部材１６，２１７は取付部材１
９に接続された２個の第一の圧電素子２０．２１に接し
ている０２個の第二の圧電素子２２．２３は、第６図（
ｂ）Ｋ示すように、板ばね１８が反転した場合、２個の
飛行部材１６゜１７が接するように取付部材１９に接続
している。

さらに流路を開閉する弁２４は板はね１８の中央部とリ
ンク２５で結ばれている０ このような構成の実施例において、第６図（−に示すよ
うな飛行部材１６．１７が第一の圧電素子２０．２１に
接している状態では、弁２４が流路を閉じていないため
流体は矢印Ｆのように流れることができる。この状態で
第一の圧電素子２０゜２１に電圧を印加すると、飛行部
材１６．１７は第一の圧電素子２０，２１から力を受は
加速され。

第一の圧電素子２０．２１を離れ飛行し板はね１８の両
端管結ぶ直線を通過し板ばね１８は反転動作して第６図
（ｂ）　Ｋ示すよう表飛行部材１６．１７が第二の圧電
素子２２．２３に接した状態となる。

すると、弁２４は板ばね１８につながれたり／り２５に
よシ押されて、流路を閉じる口また第６図（ｂ）　Ｋ図
すような飛行部材１６．１７が第二の圧電素子２２．２
３に接している状態で、第二の圧電素子２２．２３に電
圧を印加すると板ばね１８は再び反転動作し第６図（−
に示すような飛行部材１６゜１７が第一の圧電素子２０
．２１に接した状態となシ、流路を開く。

このような本発明の一実施例においても、構造が単純で
小屋、低電力、低発熱で磁気干渉のないといり本発明の
効果は同様に発揮されることは言５ｔで１山コ なお、本発明は上述の実施例のみならず、さまざまなう
、チをアクチェエータに適用でき同様の効果を発揮する
０本発明の効果は、飛行部材を設けた板ばねに軸力を加
え湾曲させて、飛行部材を飛ばす圧電素子上配置した′
構造にすることによって発揮されるものである。

さらく上述の実施例にお−ては、板ばねの湾曲した凸面
側と反対側の凹面側の両方にそれぞれ圧電素子を配置し
た例を示したが、板ばねの復帰手段を用いれば湾曲した
板にねの凸面側にのみ圧電素子を配置しても本発明の効
果は同様に発揮される。

また本発明においては縦効果や横効果のある単板の圧電
素子のほか、積層型の圧電素子さらには電歪素子によっ
ても同様の効果が得られるコ（発明の効果） 本発明によれば、構造が単純で小屋、低電力。

低発熱で磁気干渉のない２ツテ温圧電アクチユエータが
得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明ｔリレーに適用した一実施例を示す図、
第２図は本発明ｔ−リレーに適用した他の実施例を示す
図、第３図は本発明を表示器に適用した一実施例を示す
図、第４図は本発明ｔ−光路スイッチに適用した一実施
例を示す図、第５図は本発明金ペンレコーダ等のペンの
昇降機構に適用した一実施例を示す図、第６図は本発明
を流路の開、　　閉器に適用した一実施例を示す図でら
る０図において。 １．１８・・・板ばね、２・・・可動接点、３，８．１
９・・・取付部材、４，２０．２１・・・第一の圧２素
子、５・・・第一の固定接点、６，２２，２３・・・第
二の圧電素子、７・・・第二の固定接点、９．ｉ６．　
１７・・・飛行部材、ｌＯ・・・窓、１１・・・第一の
表示板、１２・・・第二の表示板、１３・・・ミラー、
１４・・・ペンホルダ、１５・・・ペン、２４・・・弁
、２５・・・リンクをそれぞれ示す。 ７１−１　　図 ２、可動接点　　１．板はね 第２図 ７３　図 ３ｂ ７４　図 ７１−５　図 ７１−６　　図 ２４弁 ２４弁　　２３第二の圧電素子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 飛行部材を有する板ばねと、前記板ばねを湾曲するよう
   に支持する支持部と、前記湾曲した板ばねの凸面に対向
   して前記飛行部材に力を与える圧電素子とから構成され
   ることを特徴とするラッチ温圧電アクチュエータ。