JPS6232670A - 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】 （１）技術分野 本発明は、アクチュエータ装置、特に−軸アクチェエー
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ェエー
タが良く知られているが、この種のアクチュエータ装置
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いた。従って、この種のアクチュエ
ータ装置の欠点を除いた各種アクチュエータが提案され
てお９．この中の一つに強誘電体を利用した装置がある
。例えば、ジルコチタン酸鉛をベ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、且つ小製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
るものに限られていた。

近年、上記圧電セラ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
枚の圧電素子を貼シ合せたバイモルフ型圧電アクチュエ
ータが考案されている。第１図は従来の圧電アクチュエ
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はセ
ラミックス等の圧電素子１の内部に通常数＋μｍの間隔
で埋め込まれており、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、外部電極用導電体４が内部電極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高速動作が可能であるが、変
位量は略々全長の０．１％程度であ）、例えば１４１０
０μｍの圧電素子を１００個積増した全長１０Ｍ！ｔの
装置に１００ｖの電圧を印加する場合、その変位量は約
１０μｍ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ある。

しかしながら、＠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Ｋは絶縁破
壊を回避する為に限界があυ、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Ｔｏ）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シ、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置
は現存して囚なかった。

（３）発明の漿要 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軸性の第４アクチユエート部材と、該第１アクチ二エ
ート部材の伸、縮に対して逆の伸縮を行なう少なくとも
１′）の第２アクチュエート部材とを、該第４アクチユ
エート部材と第２アクチュエート部材の軸方向と直交す
る方向に並べ、隣接するアクチュエート部材間を互いの
一端で連結し且′）該アクチュエート部材間の連結部が
各アクチュエート部材の同一端で連続しない様な構成を
有する事により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は圧電素子から成る第
４アクチユエート部材１の伸縮と逆の伸縮上行なう第２
アクチュエート部材で、圧電素子から成る。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。

圧電素子１の一端と圧！素子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、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電素
子１，５の７クチユエート方向と略々直交する様に複数
個差べられている。連結部材７は例えば第３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
系樹四等を用いて圧電素子１と圧電素子５の一端が接着
される。圧電素子１と圧電素子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シ接着さ
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もしくは圧電素子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
絶縁シート６を介して上下に立体交叉させて結合する。

又、積層された圧電素子１と圧電素子５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
てお夛、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電極用導体４の
一方と導通させる。

第４図は第３図に示したアクチュエータ装置を駆動した
場合の模式図で、８はす〜ド線を示しており上述の如く
圧電素子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°−夕は電圧ＶａＯ
値に応じて伸長（圧縮）を行ない、これとは逆に圧電素
子５から成るアクチュエータは圧縮（伸長）を行なう為
２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。

個々の圧電素子１．５の変位量を同じｄとし、圧電素子
１をｍ個、圧電索子ゆ５をｍ−１個用いるとすれば、を
圧Ｖａ時の変位量は端部に於て（２ｍ−１）ａ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
ータ装置では、圧電素子１等の第４アクチユエート部材
をｍ個、これとは逆の伸縮を行なう第２アクチュエート
部材を（ｍ　−１）個用いる事によシ２ｍ−１（≧２）
倍の最大変位量を得る事かり能である。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、
第４アクチユエート部材と第２アクチュエート部材を連
結させる事によυ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％ｍ−１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
を示している。尚、図中の符号は全て第３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。

図示された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つ連結した構成を有し、
連結構造の中心部で最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）個、圧電素子５を
２ｍ個用いておシ、中心部でセラミック等の連結部材７
によ）２つの圧電素子１を結合し、個々の圧電素子１に
頑次圧電素子１を連結している。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導電体４の接続方
法は前記実施例同様な為、ここでは説明を省く。

尚１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線８を接続され
てあシ、電圧印加時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、個々の圧電素子１の変位量
がｄとした時ｍｃｉとなシ、中心部で最大変位量を有す
る事になる。

第５図〜第６図を用いて説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、圧電素子等の第４ア
クチユエート部材を２（ｍ−）−１）個、第２アクチュ
エート部材を２ｍ個用いる事によシ　（２ｍ−）−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
ベアクテユ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、印力弓電圧は従来の積層型アクチュエ
ータ’ＡＨ向様の変位量を得る為に必要な電圧の、３”
工＋１で済む。

上記実施例は一軸性の第１及び第２アクチユエータとし
て圧電素子を用いたものであるが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）機能を有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。）を与えることにより形状を変化させる
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、第４アクチユエート部材と第２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ｓ１アクチ
ュエート部材と第２アクチユート部材とを交互に配列す
る構成カニ効率良く変位ｌ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、装置
の仕様等に依存して各種形態を採夛得る。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り、装置構成に併せ
て部材間の連結部材及び方法を適宜決める事が可能であ
る。但し、連結部材を介してアクチュエート部材はほぼ
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。

東、前述の片持ち式のアクチュエータ装置を３個以上使
用し、各７クチユ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、同筒状や三角柱、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り最大変位を得られる駆動部
位を複数側堰る事が出来、駆動力を緩和させる事が可能
になると共に７クチユ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、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ある。

【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智槓層型圧
電アクチュエータを示す図。 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・・・圧電素子（第４アクチユエート部材）２・・・
内部電極 ５・・・絶縁体 ４・・・外部電極用導体 ５・・・圧電素子（第２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 出［人　キャノン株式会社 手続ネ甫正書（自発） 昭和６１年　５月２６日 特許庁長官　　宇　賀　道　部　　殿 昭和６０年特許願第１７２７３３号 ２、発明の名称 アクチュエータ装匝 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　　ｎし　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 ６、補正の内容 （１）明細書第９頁第２行目のｒ　１　／　２ｍ−１」
を’　１　／　（２ｍ−ｔ）　Ｊ　と補正する。 （２）同第１１頁第５行目のｒｌ／２ｍ＋ＩＪを「１／
（２ｍ＋１）」　と補正する。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも１つの１軸性の第１アクチユエート部
   材と、該第１アクチユエート部材の伸縮に対して逆の伸
   縮を行なう少なくとも１つの第２アクチユエート部材と
   を、該第４アクチユエート部材と第２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、隣接するアクチ
   ユエート部材間を互いの一端で連結し且つ該アクチユエ
   ート部材間の連結部が各アクチユエート部材の一端から
   他端に交互に配置され、同一端で連続しない様な構成を
   有するアクチュエータ装置。
2. （２）前記第１及び第２の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第
   （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。