JPS6311071A - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は圧電素子の歪みを利用して物体の移動を行う
圧電アクチュエータ、特に水平・垂直など直進形の圧電
アクチュエータに関する。

（従来の技術） 従来、水平・垂直など直進形の圧電アクチュエータには
インチワームと呼ばれている圧電アクチュエータが知ら
れており、その原理構成図を第７図〜第９図に示す。す
なわち第７図において２１．２２はベース、２３，２４
．２５は圧電素子である。これらの圧電素子２３，２４
゜２５は縦方向モードの変位（振動）を（ｊうものであ
るが、この変位状況を第８図により説明すると、圧電素
子２３，２４．２５は圧電セラミック２６と電極２７と
からなり、該電極２７に電圧を印加することにより分極
方向２８、つまり矢符号Ｃ−Ｇ’方向に歪みを生ずるも
のであるから、この伸縮を前記圧電素子２３，２４゜２
５に行わせる。このような原理からなる圧電素子２３，
２４．２５を使用した前記インチワームの動作を第９図
（ａ）〜（ｆ）を使用して説明する。まず（ａ＞のよう
に圧電素子２５に電圧を印加して伸長させ、ベース２１
．２２間に固定させ、ついで（ｂ）のように圧電素子２
４を駆動させ、該圧電素子２４が伸長した分だけ圧電素
子２３が移動する。つぎに（Ｃ）のように圧電素子２３
に電圧を印加すると、伸長してベース２１．２２間に固
定し、この状態では圧電素子２３，２４．２５がいずれ
も電圧が印加されている。そして（ｄ）のように圧電素
子２５に印加していた電圧を解除するが、該解除により
圧電素子２５は縮小し、ベース２１゜２２から離れる。

ついで（ｅ）のように圧電素子２４の電圧も解除するの
で、該解除により圧電素子２４も縮小し、その分だけ圧
電素子２５は圧電素子２３側に寄せられることとなり、
ついで（ｆ）の如く圧電素子２５に電圧印加され、前記
圧電索子２３の印加を解除されて一連の動作を終了し、
ａの状態に戻る。この動作を繰り返すことにより圧電素
子２３，２４．２５は第７図に示す矢符号へ方向に移動
する。なお上記第９図（ａ）〜（ｆ）において斜線を施
した圧電素子は電圧印加されていることを示したもので
ある。

また圧電素子２３または２５のいずれかにたとえば第９
図＜ａ）に点線で示すようにストッパー２９を設け、圧
電素子２３または２５の動きを規制するとベース２１お
よび２２を第７図に示す矢符号へ方向またはＢ方向に移
動させることもできる。

しかしながら、このような構成からなるアクチュエータ
では少なくとも３詞の圧電素子が必要であり、これらを
シーケンスしなければならず、その結果複雑な制御回路
を要し、かつ該回路は正確なシーケンス動作をしなけれ
ばならない１７１ｆＩ点があった。そしてアクチュエー
タの移動量は圧電素子の変位Ｒとなるため大きな移動距
離を望めず、数ｃＩＲ／ｌｌ１ｉｎ程度しか得ることが
できない。さらに構造上、高精度であることを要し、μ
ｍオーダーの誤差が性能に大きくひびき、動作しない、
または移動が所定移動距離に満たないなどの問題点があ
った。

（発明が解決しようとする問題点） 上記した如く、インチワームと呼ばれるアクチュエータ
では構造的に高精度を要求されるが、移動距離や移動速
度が小さい欠点がある。

そこで本発明は以上の欠点を除去するもので、構成簡易
にして移動距離や移動速度を大きくできる圧電アクチュ
エータを提供することを目的とする。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明の圧電アクチュエータでは摺動体の移動方向に沿
って水平に振動する変位素子および垂直に振動する変位
素子を摺動体に接することができるように配し、水平に
振動する変位素子が摺動体の移動方向に一致する振動を
行っているとき、垂直に振動する変位素子が閣動体から
離れる振動を行っているようにシーケンスすることを特
徴としたものである。

（作用） 本発明の圧電アクチュエータにおいて、摺動体の移動方
向に沿って水平に振動する変位素子、および垂直に振動
する変位素子を具備し、前記水平に振動する変位素子の
振動を利用して移動を行うものであるが、水平に振動す
る変位素子がＶＪｊ動体に接しているとき、垂直に振ｆ
ＩＩする変位素子は摺動体に接していす、したがって、
摺動体は水平に振動する変位素子の振動によって移動す
るものである。ついで水平に振動する変位素子が心動体
の移動方向とは逆に振動するときは、垂直に振動する変
位素子が摺動体に接することとなり、よって摺動体が移
動方向とは逆に移動することはない。したがって、摺動
体は移動方向に間欠的に移動するもので、従来のインチ
ワームに比し構成が簡単であり、移動距離。

移動速度が大となるものである。

（実施例） 実施例１ 第１図は本発明に用いる変位素子を示したもので、ステ
ンレス、アルミ、黄銅などの金属からなる振動板１の両
面または片面にＰＺＴなどからなる圧電セラミック２を
貼り合せ、該圧電セラミック２の外面に電極３を形成し
、変位素子４を構成する。このような変位素子４に電圧
を印加すると、該変位素子４は矢符号りおよび／または
Ｅ方向に変位を生ずる。このような変位素子４を複数個
、たとえば第２図に示すように縦、横交互に５個並べ、
これらの変位索子４ａ〜４ｅの振動板１の端部Ｆ−Ｇ部
を固定し、第３図（ａ）の如く、これら変位素子４ａ〜
４ｅの上に摺動体５を載置する。この変位素子４ａ〜４
ｅにたとえばＶ＝■０８ｉｎωｔを印加し駆動させると
変位素子４　ａ　、　４　ｃ　、　４　ｅ　１．ｔ　ｌ
！動体５の移動方向と水平に変位し、変位素子４ｂ。

４ｄは垂直方向に変位する。この結果変位素子４群の変
位方向は変位素子４ａ、４ｃ、４ｅが左方向に変位した
とき、変位素子４ｂ、４ｄが下方に変位するようになり
、摺動体５には変位素子４ａ、４ｃ、４ｅのみが接して
いるから、変位索子４ａ、４ｃ、４ｅの変位により推進
力を得て左方向に移動する。ついで変位素子４ｂ。

４ｄが上方に変位し変位素子４ａ、４ｃ、４ｅは右方向
に変位するが、前記変位素子４ｂ、４ｄが上方に変位す
ることによって第３図（ｂ）の如く摺動体５には変位素
子４ｂ、４ｄのみが接しているので変位素子４ａ、４ｃ
、４ｅが右方向に変位しても、これによって摺動体５が
右方向に移動することはない。このようなサイクルを繰
り返すことにより摺動体５は左方向、すなわち矢符号ト
１方向に移動する。なお、変位素子４を点線で示したも
のは変位前の位置を示したものである。

この実施例による移動量は２０Ｖの電圧で１０ｃ！Ｒ／
Ｓなのに対し、第７図に示すインチワームでは１００Ｖ
の電圧で１ＣＩＲ／１ｎであり、また本発明が単一電源
または正・逆を有する電源で駆動できる特長があり、従
来の如く複雑なシーケンスは不要である。この変位素子
４ａ、４Ｇ。

４ｅの動きを逆に利用し、該変位素子４ａ、４ｃ、４ｅ
が右方向に変位するとき、変位素子４ｂ、４ｄが下方向
に変位するように制御すると摺動体５は右方向、すなわ
ち矢符号■方向に移動する。このように下方向に移動さ
せる場合は、変位素子４ａ、４Ｇ、４ｅまたは４ｂ、４
ｄを１８０度逆転数付けるか、分極方向を変えるか、ま
たは変位素子４ａ、４ｃ、４ｅの信号を４ｂ。

４ｄと逆の信号、たとえばＶ＝Ｖｏｓｉｎωｔとｙ＝−
ｖＯ３ｉｎωｔの如く印加すればよい。

実施例２ 第４図に示すように振動板１１の片面または両面に圧電
セラミック１２を貼り付け、該圧電セラミック１２の外
面に電極１３を形成し、変位素子１４を構成する。前記
振動板１１はその両側にかぎ状のボディ取付部１５を設
けである。

このような変位素子１４を第５図に正面図、第６図に側
断面図を示すように縦、横交互に、たとえば４個用い、
これをボディ１６に組込み、前記変位素子１４を含め摺
動体１７とする。なお、１゛８はベースである。

このような構成からなる圧電アクチュエータにおいて、
前記４個の変位素子１４ａ〜１４ｄをたとえばＶ＝Ｖｏ
ｓｉｎ（１）ｔで駆動すると摺動体１７はベース１８上
を自走する。この実施例では４個の変位素子１４８〜１
４ｄを用いたが、水平に変位を行う変位素子と垂直に変
位を行う変位素子とを少なくとも１個ずつから構成され
ていればよい。

なお、上記実施例１，２ともＰＺＴなどの圧電セラミッ
クからなる変位素子を用いた場合について述べたが、こ
れに限定されず電歪セラミック、高分子圧電材料または
これらの複合材料でもよい。また変位素子を駆動する信
号を正弦波電圧としたが、三角波２台形波、方形波など
の交流信号でもよく、またはパルス信号でもよい。さら
に実施例１においては摺動体として板状または棒状の剛
体を用いた概念からなるものについて述べたが、紙、フ
ィルム、布、皮革などや、これらの加工品あるいは特に
摺動体を設けず変位素子上に直接移送する物体を載せて
搬送する場合の物体も摺動体の概念に含まれる。

［発明の効果］ この発明になる圧電アクチュエータは、構成が簡単で製
作時の精度もゆるやかで、大きな移１Ｆ１１辺が得られ
、従来のように変位素子を複雑なシーケンスで制御した
り、高精度の加工を必要としたり、移ｖＪ聞が小さいな
どの欠点を解消できる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第６図は本発明の実施例を示し、第１図は変位
素子を示す斜視図、第２図は変位素子の配列を示す斜視
図、第３図は圧電アクチュエータの構成および動作状態
を示す正面図、第４図は変位素子の他の実施例を示す斜
視図、第５図は第４図の変位素子を用いた圧電アクチュ
エータの構成を示す正面図、第６図は同じく側断面図、
第７図はインチワームの構成図、第８図は圧電素子の動
作原理を説明するだめの構成図、第９図はインチワーム
の動作を説明する構成図である。 １・・・・・・Ｓ動板 ２・・・・・・圧電セラミック ３・・・・・・電極 ４・・・・・・変位素子 ５・・・・・・摺動体 特　　許　　出　　願　　人 マルコン電子株式会社 ４変位素子 変位素子の斜視図 第１図 第　　２　　図 ４ａ　　　　　　　　　　４Ｃ４ｅ 圧電アクチユエータの構成および動作状態の正面図筒　
　３　　図 変位素子の斜視図 第４図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）摺動体の移動方向に沿って、水平に振動する変位
   素子および垂直に振動する変位素子を前記摺動体に接す
   ることができるように配し、前記水平に振動する変位素
   子が摺動体の移動方向に一致する振動を行うとき、前記
   垂直に振動する変位素子が摺動体から離れる振動を行う
   ように位相を一致させて各変位素子を駆動する圧電アク
   チュエータ。
2. （２）摺動体の移動方向に沿って水平に振動する変位素
   子および垂直に振動する変位素子が同一水平面に接する
   ことができるように摺動体に固定し、前記水平に振動す
   る変位素子が摺動体の移動方向に一致する振動を行うと
   き、前記垂直に振動する変位素子が前記同一水平面から
   離れる振動を行うように位相を一致させて各変位素子を
   駆動する圧電アクチュエータ。
3. （３）変位素子が圧電セラミック、電歪セラミック高分
   子圧電材料、またはこれらを複合したものからなること
   を特徴とする特許請求の範囲第（１）項または第（２）
   項記載の圧電アクチュエータ。