JPS6232669A - アクチユエ−タ装置 - 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】 ３発明の洋画な説明 （リ　技術分野 本発明は、アクチュエータ装置、特に−軸アクチュエー
タの改良に関する。

（２）従来技術 従来、アクチュエータ装置として電磁駆動アクチュエー
タが良く知られているが、この種の７クチユエータ装置
は消費電力が大きく、応答速度が遅い、雑音が大きい等
種々の問題点を有してｂた。従って、この種のアクチュ
体を利用した装置がある。例えば、ジルコチタン酸鉛を
ペースにして作られる多成分固溶体セラミックスは大き
な圧電性を示す為に圧電セラミックアクチュエータとし
ての応用が考えられている。このアクチュエータは従来
のアクチュエータの欠点を殆ど解決し、且つ小型化が可
能な優れたものであるが、圧電セラミックス単体では変
位量が小さく、装置としての対象はメカニカルフィルタ
の様な共振現象を利用するものく限られていた。

近年、上記圧電上２ミックスの欠点を回避する為、多数
枚の圧電素子を積層した積層型圧電アクチュエータや２
枚の圧電素子を貼夛合せたバイモ／Ｌ／７型圧電アクテ
ヱエータが考案されている。第１図は従来の圧颯アクチ
ュエータとの一例として積層型圧電アクチュエータを示
すものである。ここで、１は圧電素子、２は内部電極、
３は絶縁体、４は外部電極用導電体を示す。内部電極２
ｄセラミツクス等の圧電素子１の内部に通常数＋μｍの
間隔で埋め込まれてお夛、内部電極２の側面に突出した
部分を絶縁体３で一層毎に覆っている。

又、外部’Ｊｌ用導電導電体内部電極２と一層おきに導
通する様に形成されている。この時、外部電源によシ外
部電極用導体４に所定の電圧を印加すると圧電素子１は
高さ方向に伸び、印加電圧の極性を反転すると高さ方向
に縮み。

電圧量及び極性に応じて伸縮を制御出来る。

この様なアクチュエータは扁速動作が可能であるが、変
位量は略々全長の０．１チ程度でちゃ１例えば１層１０
０μｍの圧電素子を１００個積増した全長１０騙の装置
に１００ｖの電圧を印加する場合、その変位量は約１０
μｍ　と小さな値である。

従って、更に大変位量を得る為には積層数を増すか、印
加電圧を大きくする必要がおる。

しかしながら、積層数の更なる増加は伸縮方向への素子
サイズの大型化を伴ない、印加電圧の大きさには絶縁破
壊を回避する為に限界があシ、駆動エネルギーが小さく
且つ大変位量を得る事は困難であつ九。又、圧電素子単
体の剛性にも限界がめ夛積層の増加は素子の安定性の面
を鑑みても好ましい事ではなかった。

以上説明した圧電アクチュエータに限らず。

各種アクチュエータ装置が同様の問題を有しており、少
ない駆動エネルギーで大変位量を得る事が可能なアクチ
ュエータ装ｆは現存していなかった。

（３）発明の概要 本発明の目的は、従来の欠点を鑑み、少ない駆動エネル
ギーで大変位量を達成し得る新規の構造を持つアクチュ
エータ装置を提供する事にある。

本発明に係るアクチュエータ装置は、少なくとも１つの
１軸性のアクチュエート部材と。

少なくとも１つの非アクチュエート部材とを。

該アクチュエート部材の軸方向と略々直交する方向く並
べ、隣接する部材間を各部材の一端で連結し且つ該部材
間の連結部が各部材の同一端で連続しない様な構成を有
する事によシ上記目的を達成せんとするものである。

（４）実施例 第２図（Ａ）　、　（Ｂ）は本発明に係るアクチュエー
タ装置の一例を示す図で、圧電素子を利用した片持ち式
のアクチュエータである。図中５は非アクチュエート部
材で・ある支持部材、６は絶縁シート、７は連結部材を
示し、第１図と同様の部材には同番号を符しである。

圧１を素子１の一端と支持部材５の一端がセラミック等
の連結部材７を介して連結されたものが１個々の連結部
材７を介して直列に繋がる様、且つ図中矢印で示す圧！
素子１のアクチュエート方向と略々直交する様に複数個
並べられている。連結部材７は例えば第Ｓ図に示す如き
凹状の部材を用い、該部材に於る２本の足にエポキシ系
樹脂等を用いて圧電素子１と支持部材５の一端が接着さ
れる。圧電素子１と支持部材５の互い対向する両側面に
は外部電極用導体４がエポキシ系樹脂等によ）接着され
、第２図（Ｂ）に示す様に連結部材７の上面で、隣接す
る圧電素子１もしくは支持部材５に於る側面の反対側の
外部電極用導体４と導通する様にマイラスペーサ等のＳ
縁シート６を介して上下に立体交叉させて結合する。又
、積層された圧ｉ！水素子と支持部材６から成る本アク
チュエータ装置の両端は、両方共圧電素子１が配置され
てお９．各圧電素子１の開放端面上のセラミックに外部
電源へのリード線を接続して側面の外部′也他用尋体４
の一方と導通させる。

第４図は第５図に示し九アクチュエータ装置を駆動した
場合の模式図で％　８はリード線を示しておシ上述の如
く圧！素子１の外部電極用導体４の一方と接続されてい
る。ここで、両端のリード線８間に外部から電圧を印加
すると、連結部材７の上面の立体交叉を成す導体を介し
て全ての外部電極用導体４に電圧が印加される事になる
。個々の圧電素子１から成るアクチュエータは電圧Ｖａ
の値に応じて伸長（圧縮）を行なう為、本アクチュエー
タ装置の変位量は一端から他端に向かって加算される。

従って、個々のアクチュエータの変位量をｄとし、該ア
クチュエータの数をｍ個とすａｒＩ′ｓ　’＆圧Ｖり時
の変位量は端部に於てｍｄとなる。

第２図〜第４図を用いて説明した片持ち式のアクチュエ
ータ装置でば％ＥＥ［素子等のアクチュエート部材をｍ
個、非アクチュエート部材を（ｍ−１）個用いる事によ
シｍ（≧２２倍の最大変位量を得る事が可能である。従
って、従来の積層型アクチュエータ装置同様の変位量を
得る為に必要な積層するアクチュエータの数を減少させ
る事が出来、アクチュエート部材と非アクチュエート部
材を連結させる事によシアクチュエート部材の曲げ応力
に対する剛性を高める事が出来る。更に、印加電圧も従
来の積層型アクチュエータ装置同様の変位量を得る為に
必要な電圧の１７ｍで済み、高効率で且つ応答速度も早
い。

第５図は本発明に係るアクチュエータ装置の別の構成例
を、第６図は第５図に示す装置を駆動した場合の模式図
を示してｂる。尚。

図中の符号は全て４３図及び第４図で示される部材と同
様のものを指している。

図示され九アクチュエータ装置は、前記実施例で示した
片持ち式のアクチュエータを２つ連結し九構成を有し、
連結構造の中心部で量大変位量が得られるものである。

ここでは圧電素子１を２（ｍ＋１）儂、支持部材５を２
ｍ個用いておシ、中心部でセラミック等の連結部材７に
よシ２つの圧電素子１を結合し。

個々の圧電素子１１Ｃ順次圧電素子１と支持部材７を交
互に連結している。又、電圧印加の為の外部電極用導電
体４の構成や各部材間の４１膜の接続方法は前記実施例
同様な為とこては説明を省く。尚、中心部の連結部材に
於ては各々の圧電素子１に於る両側面の＋側及び−領外
部電極用導電体４同志を絶縁シート６上で接続している
。

本アクチュエータ装置の両端の部材を成す圧電素子１は
、その開放端面上のセラミックにリード＠Ｓを接続され
てロタ、電圧印加時に側面の外部電極用導体４に電圧が
印加される様、外部電極用導体４の一方とリード線８は
導通している。この時、リード線８間に電圧を印加する
と、本装置の両端の圧電素子１から中心部に向かってｍ
番目の圧電素子１の変位量は１個々の圧電素子１の変位
量がｄとした時ｍｄとな夛、中心部で最大変位量を有す
る事になる。

第５図〜第６図を用いてｄ明した中心部で最大変位量が
得られるアクチュエータ装置では、圧電素子等のアクチ
ュエート部材を２　（ｍ　＋１　）　（１ｇｌｓ非アク
ナユエート部材を２ｍ個用いる事によ！’（ｍ＋１）倍
（ｍ≧１）の最大変位量を得る事が可能である。従って
、第２図で示したアクチュエータ装置同様、従来に比ベ
アクチュエータの数を減少させる事が出来、剛性も更に
向上する。又、印加電圧は従来の核層型アクチュエータ
装置同様の変位量を得る為に必要な電圧の１／Ｌ＋１で
済む。

上記実施例は一軸性の７クチユエータとして圧′ｔ：Ａ
子を用いたものでおるが１本発明のアクチュエータ装置
を構成する部材はこの種の素子に限られるものではない
。例えば熱膨張（圧縮）機能をＭする部材等を用いる事
も可能で、所定の駆動エネルギー（例えば電圧、電流、
熱、光、磁気等。）を与えることによリ形状を変化させ
る事が出来、所定の変位量を得る事が出来る部材であれ
ば構わない。

又、アクチュエート部材と非アクチュエート部材との配
列に関して言えば、実施例で示す様にアクチュエート部
材と非アクチュエート部材とを交互に配列する構成や互
いに伸縮方向が逆のアクチュエート部材の組合せ等によ
ｐ効率良く変位量を得る事が出来る。しかしながら、必
ずしもこの様な構成に限定されるものではなく、必要と
する変位量、製作に係る容易性やコスト１．ｇ：置のよ
様等に依存して各種形態を採シ痔る。更に、上記実施例
では同一電圧電源、即ち同一の駆動源を用いて各アクチ
ュエート部材を同時に駆動しているが、場合によっては
各アクチュエート部材を別個に駆動する手法を用いても
構わない。

各部材間の連結に用いる連結部は第３図に示す様な簡便
な構成の部材を用いる事が出来。

この他にも各種形状の連結部材、各種形態の連結方法が
有υ、装ｆ構成に併せて部材間の連結部材及び方法を適
宜法める事がり能である。但し、連結部材を介してアク
チュエート部材と非アクチュエート部材とはほぼ一体し
て変位出来なければいけない事は言うまでもない。

又、各部材１，５は必ずしも平行に配列する必要は無く
、配列方向や該配列方向と直交する方向に傾けて構成し
ても良い。

更に、前述の片持ち式の７クテユエータ装置を３個以上
使用し、各アクチュエータ装置を構成する連結構造の開
放端同志を例えば第５図に示した様な方法で連結し、閉
じた連結構造を有するアクチュエータ装置を提供出来る
。即ち、円筒状や三角柱、四角柱（升型）の形状を有す
る安定した構造となる為、再に剛性が向上する。又、固
定部位を複数個にする事によシ最大変位を得られる駆動
部位を複数個取る事が出来、駆動力を緩和させる事が可
能になると共にアクチュエータとしての応用が拡がる。

（５）発明の詳細 な説明した様に１本発明に係るアクチュエータ装置は、
小さな駆動エネルギーで大変位量を得る事が出来、構造
が簡便で種々の形態を取シ得る装置でおる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のアクチュエータ装置の一例で、積層型圧
電アクチュエータを示ス図。 第２図は本発明に係るアクチュエータ装置の一例を示す
図。 第３図は第２図に示すアクチュエータ装置で用いた連結
部材を示す図。 第４図は第２図に示すアクチュエータ装置を駆動した場
合の模式図。 第５図は本発明に係るアクチュエータ装置の別の構成例
を示す図。 第６図は第５図に示すアクチュエータ装置を駆動した場
合の模式図。 １・・・圧を素子（アクチュエート部材）２・・・内部
電極 ３・・・絶縁体 ４・・・外部電極用導体 ５・・・支持部材（非アクチュエート部材）６・・・絶
縁シート ７・・・連結部材 ８・・・リード線 Ｌ：’：：：：Ｌ−一： 手糸売ネ甫正書（自発） 昭和６１年　５月２６日 特許庁長官　　宇　賀　道　部　　殿 か １、事件の表示 昭和６０年特許願Ｈ１７２７３２号 ２、発明の名称 アクチュエータ装置 ３、補正をする者 事件との関係　　　　　特許出願人 住所　東京都大田区下丸子３−３０−２名称　（１００
）　　キャノン株式会社代表者　賀　　来　　龍　三　
部 ４、代理人 居所　〒１４６東京都大田区下丸子３−３０−２キャノ
ン株式会社内（電話７５８−２１１１）５　補正の対象 明細書及び図面 ６　補正の内容 （１）明細書第１０頁第１３行目の’　Ｉ　／　ｍ＋ｌ
　」を’　Ｉ　／　（ｍ→１）」ど補正する。 （２）図面の第４図及び第６図を別紙の如く補正する。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも１つの１軸性のアクチユエート部材と
   、少なくとも１つの非アクチユエート部材とを、該アク
   チユエート部材の軸方向と略々直交する方向に並べ、隣
   接する部材間を各部材の一端で連結し且つ該部材間の連
   結部が各部材の一端から他端に交互に配置され、同一端
   で連続しない様な構成を有する事を特徴とするアクチュ
   エータ装置。
2. （２）前記アクチユエート部材と非アクチユエート部材
   を交互に配置した構造を有する事を特徴とする特許請求
   の範囲（１）項記載のアクチュエータ装置。
3. （３）前記アクチユエート部材が圧電素子から成る事を
   特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載のアクチュエ
   ータ装置。