JPS6281985A - 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】 本発明はアクチュエータに関し、一層詳細には圧電素子
の変位力を効果的に利用して進退動作を可能としたアク
チュエータに関する。

従来から物体の変位動作を行わせるために、油圧、空気
圧等の流体圧を利用したアクチュエータが広汎に用いら
れている。この種の変位動作手段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いう不都合があり、ま
た、その制御装置自体も極めて大型とならざるを得ない
。

従って、近年注目を集めている工場内の無人生産システ
ムではより迅速且つ確実な作業をするために高精度の制
御を可能とするアクチュエータの実現が切望されている
。

ところで、最近、圧電素子（ピエゾ）が注目されるに至
っている。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場をかけた時、歪みが生じることに
よって得られ、従って、この変位力を利用して進退変位
するように７クチユエータを構成すれば、機械的制御よ
りも寧ろ主として電気的制御になるために位置決め等が
確実に精度よく行われることになる。

そこで、本発明は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
して物体を移動または駆動するようにしたアクチュエー
タを提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は屈曲した形状の
水平部位と垂直部位を圧電素子ユニットで形成した複数
個の駆動部材を本体に設け、一方、前記駆動部材の先端
部に変位部材を配設し、駆動部材を連動して変位動作さ
せて前記変位部材を変位するよう構成することを特徴と
する。

以下、本発明に係るアクチュエータについて好適な実施
例を挙げ、添付の図面を用いながら詳細に説明する。

第１図に本発明に係るアクチュエータについて第１の実
施例を示す。

図において、参照符号１０および１２は本体部を示し、
第２図に示すように、本体部１０．１２は共に同様な略
直方体であり、これらの本体部１０．１２はその長手方
向に指向して略直方体状の貫通孔１４を有する。また、
本体部１０の二つの面の夫々の両端部近傍には、後述す
る圧電素子ユニットを介して伸縮動作する屈曲した棒状
の変位部材１６を複数個整列して植設しておく。一方、
本体部１２の一方の面に前記本体部１０と同様に変位部
材１６を植設する。ここで、第１図に示すように、二つ
の本体部１２は変位部材１６が植設された面を互いに対
向させ且つ平行に配置し、しかもその長手方向に沿って
所定の数の本体部１２を等間隔で連設しておく。

一方、互いに対向する本体部１２の間には所定の数の本
体部１０を等間隔で連設すると共に、さらに、偏平な略
直方体状の板体１８を並列する二つの本体部１０の変位
部材群の間に臨入させておく。同様にして、本体部１２
の変位部材１６にも機体１８を臨ませる。従って、板体
１８は並列する本体部１０．１２に対して平行且つ直線
上に等間隔で連設され、両端部に位置する板体１８はそ
の一方の端部にボルト２０を挿通して螺着することによ
り支持部材２２に固着される。

次に、板体１８、本体部１０．１２との相対的変位を行
う保持装置について、第３図ａ、ｂを参照して詳細に説
明する。

図に示すように、各本体部１０において、板体１８に対
向する面の夫々の両端部に回動自在にローラ２４を保持
する保持部材２６を適宜の手段により固着し、この保持
部材２６と本体部１０とを一体化する。そして、各板体
１８の夫々の面部には直線上に延在する凹部２８を刻設
し、この凹部２８に前記ローラ２４を嵌合させる。この
時、変位部材１６の先端部と板体１８との間には狭小な
間隙が形成されるように保持部材２６あるいはローラ２
４の大きさを選択しておく。また、本体部１０の場合と
同様に、本体部１２の二つの面の両端部にもローラ２４
を装備した保持部材２６を固着する。そして、変位部材
１６を固着した面のローラ２４を板体１８の凹部２８に
嵌合する。さらに、当該アクチュエータの最外部に板体
３２を配置し、これをローラ２４に当接させて固定する
。このようにして、機体１８と本体部１０．１２は互い
に滑動自在な状態で保持される。

一方、変位部材１６は、第４図に示すように、丸棒状に
形成されると共にその途上において屈曲し、すなわち、
水平部位３４を挟んで一対の垂直部位３６および３８が
形成され、さらに一方の垂直部位３６の先端部は本体部
１０．１２の一面に形成された取付孔４０に圧入等によ
り装着される。また、前記変位部材１６の水平部位３４
と他方の垂直部位３８はその一部に夫々第１および第２
の圧電素子ユニット４２および４４を含む。前記第１、
第２圧電素子ユニツト４２．４４は円盤状の圧電セラミ
ックスを多数積層して所定の長さの丸棒状に形成すると
共に電源線４６および４８を夫々接続しておく。本実施
例では、この場合、前記電源線４６．４８からの配線は
貫通孔１４を通して制御回路（図示せず）に接続され、
各変位部材１６が前記制御回路からの信号により動作す
るように構成されている。なお、前記第１、第２圧電素
子ユニツト４２．４４は夫々前記電源線４６．４８を介
して所定の極性の電圧が印加されると、変位部材１６の
軸線方向に伸長変位するものであることは容易に諒解さ
れよう。

また、変位部材１６の伸長変位力をより効果的に利用す
るために、好適には、第５図に示すように、垂直部位３
８の先端面５０にゴムやプラスチック類等からなる摩擦
抵抗の大きいパッド５２を固着する。これにより変位部
材１６と板体１８との圧接時における摩擦抵抗の増大が
図られ、本体部１０．１２および板体１８の移動制御が
より確実に達成される。

本発明に係るアクチュエータの一例は基本的には以上の
ように構成され、次に、当該アクチュエータの作用およ
び効果について説明する。

今、本体部１０．１２に植設された変位部材１６を変位
動作させ、板体１８の両端部を本体部１０．１２の中央
部に引き寄せるように作用させる。この際、本体部１０
．１２に設けられたローラ２４によって互いに滑動自在
な板体１８および本体部１０．１２が変位する。この結
果、当該アクチュエータの両端部の支持部材２２が夫々
二つの支持部材２２間の距離を縮小する方向に移動しア
クチュエータ全体は収縮する。

以上の動作を第６図ａ乃至第６図ｄを用いてさらに詳し
く説明すると、先ず、各変位部材１６における垂直部位
３８に設けた第２の圧電素子ユニット４４に対して電源
線４８を介して所定の電圧を印加する。これにより前記
垂直部位３８の第２圧電素子ユニツト４４は伸長変位し
、第６図ａの状態のように前記垂直部位３８の先端面５
０が板体ｌＢに当接しこれに強く圧着する。

次に、前記の状態のまま、今度は水平部位３４の第１圧
電素子ユニツト４２に電源線４６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３４の第１圧電素子
ユニツト４２は、第６図すの状態のように、水平方向に
伸長変位する。この時、前記垂直部位３８の先端面５０
は板体１８に強く圧着して先端面５０、板体１Ｂ間のＮ
擦抵抗によって固定されたままであるため、前記水平部
位３４の伸長変位に伴って板体１８は直線状に位置する
次の板体１８との距離を縮小する方向に移動する。

また、本体部１０．１２は直線上に位置する次の本体部
１０．１２との距離を縮小する方向に移動し、結局、当
該アクチュエータ全体は収縮する。

この後、前記垂直部位３８の第２圧電素子ユニツト４４
に対する電圧の印加を停止し、第６図Ｃの状態のように
、当該圧電素子ユニット４４を収縮変位させる。さらに
、水平部位３４の第１圧電素子ユニツト４２に対する電
圧の印加も停止し、第６図ｄの状態のように、当該圧電
素子ユニット４２を収縮変位させ、変位部材１６を当初
の状態に戻す。

このようにして、各変位部材１６を第２圧電素子ユニツ
ト４４における垂直方向変位（伸長変位）−第１圧電素
子ユニツト４２における水平方向変位（伸長変位）−第
２圧電素子ユニツト４４における垂直方向変位（収縮変
位）−第１圧電素子ユニツト４２における水平方向変位
（収縮変位）を１周期としてこれを繰り返して変位させ
れば当該アクチュエータは順次収縮動作を行う。

一方、以上に述べたアクチュエータの収縮に対し、その
逆の変位、すなわち、アクチュエータの伸長を行わせる
には次のように電圧の印加制御を行う。すなわち、各変
位部材１６を第１圧電素子ユニツト４２における水平方
向変位（伸長変位）−第２圧電素子ユニツト４４におけ
る垂直方向変位（伸長変位）−第１圧電素子ユニツト４
２における水平方向変位（収縮変位）−第２圧電素子ユ
ニツト４４における垂直方向変位（収縮変位）。従って
、これを１周期として繰り返して変位させればアクチュ
エータとしての伸長動作が達成されることが容易に諒解
されよう。

さらに、以上に述べた当該アクチュエータの収縮、ある
いは、伸長変位をより連続的に行わせる場合には、前記
伸縮変位の周期を時間的にずらせて行えばよいことは勿
論である。

以上のように、当該アクチュエータは本体部１０．１２
に植設された変位部材１６の変位動作により本体部１０
．１２および板体１８を移動させるものであるために、
例えば、支持部材２２に作用を必要とする部材を結合し
ておけば、この部材は前記アクチュエータと一体的に進
退動作を行う。

次に、このような条件を充たす幾つかの実施例をアクチ
ュエータの伸縮方向からみた一部省略断面図を用いて説
明する。

第７図は第１の実施例における直方体状の本体部１０に
代えて正方形の断面を有するように形成した本体部５４
を用いる実施例を示す。この本体部５４には、配線を通
す直方体状の貫通孔５６が設けられ、本体部５４の四つ
の側面には第１の実施例と同様に変位部材１６が植設さ
れる。

この第２の実施例では、前記本体部５４によって板体１
８を挟持するようにして進退動作させることが可能であ
る。

第８図は第１の実施例における本体部１０に代えて六角
柱状に形成した本体部５８を有する第３の実施例を示す
。前記本体部５８には配線を通す六角柱状の貫通孔６０
が設けられ、本体部５８を構成する同様な六つの側面に
は第１の実施例と同様に変位部材１６が植設される。

この第３の実施例によっても、前記本体部５８を介して
板体１８を変位させることが可能である。

第９図は第１の実施例における本体部１０に代えて円柱
状に形成した本体部６２を用いる実施例を示す。そこで
、前記本体部６２には配線を通す円柱状の貫通孔６４を
設け、この開口部近傍の側面には第１の実施例と同様に
変位部材１６を植設する。

この第４の実施例の場合、第１の実施例における板体１
８と同様な役目を果たす部材として円筒部材６６を用い
、これに本体部６２の端部を挿入しこれらを連設してア
クチュエータを構成している。これによって円筒状の本
体部６２の変位が行われる。

なお、第７図において、板体１８は夫々１枚の板でなく
てもよく、複数個の板体１８を連設してその縦断面が十
文字、若しくは、格子状になるような部材を用いること
も可能である。

また、第８図においては、同様に、機体１８を連設して
構成し、また、Ｙ型、あるいは、所謂、ハニカム状の形
状を呈する部材を用いることも出来る。

以上説明したように本発明によれば、アクチュエータの
構成要素である本体部に屈曲した棒状の変位部材を複数
植設すると共に、その変位部材の水平部位と垂直部位と
の少なくとも一部を圧電素子ユニットで形成し、これら
の変位部材を連動してアクチュエータ全体を電気的制御
のちとに伸縮させるため、極めて高い精度で種々の部材
の進退動作を行うことが出来、この結果、工業用ロボッ
トおよびその他害種機器の駆動源として幅広く用いるこ
とが可能であるという効果が得られる。

以上、本発明について好適な実施例を挙げて説明したが
、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、本発
明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改良並びに設
計の変更が可能なことは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るアクチュエータの第１の実施例を
示す一部省略側面図、第２図は第１図の装置の一部省略
分解斜視図、第３図ａおよび第３図すは第１図の装置の
構成要素を好適に位置決め保持する部材の説明に供する
一部省略側面図、第４図は第１図の装置の要部拡大断面
図、第５図は第４図の変位部材にパッドを設けた場合の
一部省略断面図、第６図ａ乃至第６図ｄは第１図の装置
の変位部材の変位順序を示す夫々の一部省略断面図、第
７図は本発明に係るアクチュエータの第２の実施例を示
す一部省略断面図、第８図は本発明に係るアクチュエー
タの第３の実施例を示す一部省略断面図、第９図は本発
明に係るアクチュエータの第４の実施例を示す一部省略
断面図である。 １０．１２・・・本体部　　　　　１４・・・貫通孔１
６・・・変位部材　　　　　　１８・・・板体２０・・
・ボルト２２・・・支持部材 ２４・・・ローラ　　　　　　　２６・・・保持部材２
８・・・凹部　　　　　　　　３２・・・板体３４・・
・水平部位　　　　　　３６．３８・・・垂直部位４０
・・・取付孔 ４２．４４・・・圧電素子ユニット ４６．４８・・・電源線　　　　　５０・・・先端面５
２・・・パッド　　　　　　　５４・・・本体部５６・
・・貫通孔　　　　　　　５８・・・本体部６０・・・
貫通孔　　　　　　　６２・・・本体部６４・・・貫通
孔　　　　　　　６６・・・円筒部材特許出願人　　　
焼結金属工業株式会社ＦＩＧ、３ａ ＦＩＧ、３ｂ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）屈曲した形状の水平部位と垂直部位を圧電素子ユ
   ニットで形成した複数個の駆動部材を本体に設け、一方
   、前記駆動部材の先端部に変位部材を配設し、駆動部材
   を連動して変位動作させて前記変位部材を変位するよう
   構成することを特徴とするアクチュエータ。