JPS61176176A - 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ュエータ
に関する。

（従来技術とその問題点） 従来、ラッチ型のアクチュエータとしてはコイルを用い
た電磁アクチュエータが使用されてきた。

しかしながら電磁アクチュエータはコイルに通電するこ
とにより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な除去せしめて、構造
が単純で小型ｐ低電力ｐ低発熱で磁気干渉のないラッチ
型圧電アクチュ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
ばねの凸面側に並列するよう配置された電歪又は圧電素
子と、その電歪又は圧電素子に接合され前記飛行部材に
対し傾斜面をもちその傾斜面により前記飛行部材に力を
与えるための力伝達部とから構成されることを特徴とす
るラッチ型圧電アクチュエータが得られる。

（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り低電
力、低発熱で磁気干渉がなくなる。

また、板はねに軸力を加えて湾曲させることによりその
板ばねは反転ばねとなシ、板ばねに設けられた飛行部材
がその板はねの両端を結ぶ直線を通過するとその板ばね
は反転動作しラッーチされる。

このような板ばねにおいて、その板ばねの凸面側でかつ
板ばねに並列するように電歪又は圧電素子を設け、なお
かつ、その電歪又は圧電素子の頭部には飛行部材に対し
て斜面形状で力を与える力伝達部を設ける。そこで、電
歪又は圧電素子に電圧を印加すると、電歪又は圧電素子
は衆知の如く微少女から非常に速く変位するため飛行部
材は力伝達部の傾斜面よυ板ばねの湾曲方向の成分の力
を受は加速され、前記の力伝達部よシ離れ飛行動作をす
る。そして飛行部材が板はねの両端を結ぶ直線を通過す
るとその板はねは反転動作しラッチされ、圧電素子の変
位量よりもはるかに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、反転はねも板ばねに
より構成されているため、構造が単純で小型と彦る。

（実施例） 以下、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図は本発明をリ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、板はね１の中央部付近に飛行部
材として可動接点２を設け、この圧電素子４は板ばね１
に並列して設けられ、第一の圧電素子４の伸縮方向（矢
印入方向）の一端４ａに力伝達部と接点とを兼ねた第一
の固定接点５を接続し、また第一の固定接点５は可動接
点２に対し傾斜面を持っている。一方、第二の圧電素子
６の伸縮方向（矢印Ｂ方向）の一端６ａには第二の固定
接点７を接続し、第一の固定接点５と力伝達部と接点を
兼ねた第二の固定接点７を、可動接点２をはさむように
対向して配置しである。

さらに第１図（、）に示すように、板はね１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があ
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。第二の固定接点７
は、第一の固定接点５と、板ばね１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。

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は矢印人の方向に微小なが
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から第一の固定接点５の傾斜面を介して湾曲凹部
方向の成分の力を受は加速され、第一の固定接点５を離
れ飛行し、板ばね１０両端を結ぶ直線を通過し板ばね１
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。また、第１図
（ｂ）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７金離れ第一の固定接点５
の方に飛行し板ばね１は再び反動動作し、第１図（、）
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。このようにして可動接点２を、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へ切り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−Ｓるい
は第二の圧電素子４ｔ６の発生力により飛行部材として
の可動接点２を加速し飛ばしｌ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。

ここで、第−又は第二の固定接点５．７の傾斜面形状は
第−又は第二の圧電素子４ｔ６と板ばね１とが平行であ
れば４５度が適正であるが、本発明では第−又は第二の
圧電素子４．６が平行でなくとも適用可能でアシ、その
場合は第−又は第二の固定接点５．７の傾斜角は力伝達
の効果最大限に変更可能であり、可動接点２は大きなス
トロークを得ることができる。

また、本発明では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ｐ低発熱で磁気干渉が
なくなる。

そのうえ、コイルがなく、板ばねに軸力を加えて反転は
ねにしてラッチ動作を行わせるため構造が単純で小型と
なる。

上述の例では、可動接点２を切シ替えるのに、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２を切り替えることが
できる。このような使い方は、従来のラッチ型電磁アク
チュエータにおいてはできなかった。

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０．１　ｍｓもあれば十分であり、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あ
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。

第２図は本発明をリレー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図は本発明を表示器に適用した一実施例を示す図で
ある。第３図（ａ）において、飛行部材９と第一の表示
板１０の接続した板はね１は、取付部材３に設けられた
支持部としての溝３ａｙ３ｂにそう人され軸力を受は湾
曲し、飛行部材９は取付部材３に接続された第一の圧電
素子４上の傾斜面を有する第一の力伝達部１１と接して
いる。また第二の力伝達部１２を有する第二の圧電素子
６は、第３図（ｂ）に示すように、板はね１が反転した
場合、飛行部材９が第二の力伝達部１２と接するように
取付部材３に接続している。また、第二の表示板１３は
、板はね１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１３の上窓１４が設けられており、
外部からは窓１４の所しか見えない。

いま、第３図（、）に示すように第一の表示板１０に「
使用中」、第二の表示板１３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
（、）に示すように、第一の力伝達部１１に接している
場合、外部からは窓１４を通して第二の表示板１３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から第一の力伝達部１１を介し傾斜面にニジ
板ばね１の凹方向に力を受は加速され、第一の力伝達部
１１を離れ飛行し板ばね１の両端を結ぶ直線を通過し板
ばね１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上の第二の力伝達部１２に接
し、第一の表示板１０が第二の表示板１３の上に重なる
。したがって外部からは窓１４を通して第一の表示板１
０上に書かれた「使用中」という文字が見えるようにな
る。また第３図（ｂ）　Ｋ示すような飛行部材９が第二
の力伝達部１２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１は再び反転動作し、第３
図（ａ）に示すような飛行部材９が第一の力伝達部１１
に接した状態に戻シ、第二の表示板１３上に書かれた「
空」という文字が見えるようになる。

このような本発明の一実施例においても、構造が単純で
小型を低電力を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甘うまでもない。

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
ばね１の中央部に設けられており、ミラー１５は飛行部
材９と板はね１の固定端３ａとの中間に設けられている
。また板ばね１は取付部材３に設けられた支持部として
の溝３ａ　ｐ　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上
の第一の力伝達部１１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、板ばね１が反転動作し
た場合、飛行部材９と第二の力伝達部１２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が第一の力伝達部１１に接している場
合、板はね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１５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及び第一の力伝達部１１から力を受は加速
され、第一の力伝達部１１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１は反転動作して、第４図（
ｂ）に示すように飛行部材９が第二の力伝達部１２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１５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（ｂ）Ｋ示すような飛行部材９が第二の力
伝達部１２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１は再び反転動作し第４図（、
）に示すような飛行部材９が第一の力伝達部１１に接す
る状態に戻る。このようにして光路を切り替えることが
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
小型を低電力！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である。第５図（！Ｉ）におい
て、ペンホルダ１６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３ａｐ３ｂにそう本され
軸力を受は第一の圧電素子４の方へ湾曲している。そし
て板ばね１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上の第一の力伝達部１１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、板はね１が反転した場合、飛行部材９と第二の力伝
達部１２とが接するように取付部材３に接続している。

またペン１７はペンホルダ１６に支持されている。

このような構成の実施例において、第５図（、）に示す
ように飛行部材９が第一の力伝達部１１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、第一力伝
達部１１を離れ飛行し版行し板はね１の両端を結ぶ直線
を通過し板ばね１は反転動作して、第５図（ｂ）に示す
ような飛行部材９が第二の力伝達部１２に接した状態と
なる。したがってペン１７は上から下に降シ印字できる
。

また第５図（ｂ）に示すような飛行部材９が第二の圧電
素子６上の第二の力伝達部１２に接した状態で、第二の
圧電素子６に電圧を印加すると板はね１は再び反転動作
し第５図（、）に示すような飛行部材９が第一の力伝達
部１１に接した状態に戻る。このようにしてペン１７を
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言うまでもない。また
第６図は本発明をリレーに適用した他の実施例を示す図
である。第６図において、第一の圧電素子４は第二の圧
電素子６と点対称の如く配置されて、それぞれの圧電素
子４．６上に第−及び第二の力伝達部１１．１２を設け
ているが、このような実施例においても本発明の効果は
同様に発揮されることは言うまでもない。

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。また、圧電素子として、第
７図に示すように、第一と第二のバイセルフ戴圧電素子
１８ｔ１９を配置し、それぞれの圧電素子１８，１９に
第一り第二の力伝達部１１ν１２を設は飛行部材９を飛
行させ、板ばね１を反転動作するラッチ型アクチーエー
タにも適用できる。

なお、本発明は上述の実施例のみならず、さまざまなラ
ッチ型アクチュエータに適用でき同様の゛効果を発揮す
る。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を配置した
構造にすることによって発揮されるものである。

さらに上述の実施例においては、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、板はねの復帰手段を用いれば湾曲した
板は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。

（発明の効果） 本発明によれば、構造が単純で小型、低電力、低発熱で
磁気干渉のないラッチ型圧電アクチーエータが得られる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明をリレーに適用した一実施例を示す図、
第２図は本発明を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図は本発明を光路スイッチに適用した一実施例を
示す図、第５図は本発明を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図は本発明をリ
レーに適用した他の実施例を示す図、第７図は本発明を
リレーに適用した他の実施例を示す図である。 図中各記号はそれぞれ次の内容を示す。 １・・・板ばね、２・・・可動接点、３ｊ８・・・取付
部材、４・・・第一の圧電素子、５・・・第一の固定接
点、６・・・第二の圧電素子、７・・・第二の固定接点
、９・・・飛行部材、１０・・・第一の表示板、１１・
・・第一の力伝達部、１２・・・第二の力伝達部、１３
・・・第二の表示板、１４・・・窓、１５・・・ミラー
、１６・・・ペンホルダ、１７・・・ペン、１８・・・
第一のバイモルフ素子、１９・・・第二のバイモルフ素
子。 オ　１　図 スｎ （ａ） （ｂ） 取付部材 （ｂ） オ　４　図 １ａ） ｌｂ） オ　５　図 ペン Ｃαａ （ｂ） オ　６　ロ オ　７　図

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側に
   並列するよう配置された電歪又は圧電素子と、その電歪
   又は圧電素子に接合され前記飛行部材に対し傾斜面をも
   ちその傾斜面により前記飛行部材に力を与えるための力
   伝達部とから構成されることを特徴とするラッチ型圧電
   アクチュエータ。