WO2005088824A1

WO2005088824A1 - アクチュエータの減衰方法およびアクチュエータ

Info

Publication number: WO2005088824A1
Application number: PCT/JP2004/011016
Authority: WO
Inventors: Shigeki Mori
Original assignee: Akita Prefecture
Priority date: 2004-03-15
Filing date: 2004-07-27
Publication date: 2005-09-22
Also published as: EP1737115B1; JP2005261167A; US7332848B2; US20060175936A1; EP1737115A4; JP3612670B1; DE602004029939D1; EP1737115A1

Abstract

アクチュエータは、圧電素子（１２）と、この圧電素子の変位に応じて移動する可動部を有し、圧電素子の変位量を拡大する変位拡大機構（１４）と、を有している。可動部に弾性体あるいは粘弾性体（３２）を介して拘束部材（３０）が固定され、弾性体あるいは粘弾性体の変形により可動部の振動エネルギーを熱エネルギーに変換してアクチュエータの共振ピークを低減する。

Description

ァクチユエータの減衰方法おょぴァクチユエータ技術分野

この発明は、圧電素子および変位拡大機

を備えたァクチエータの減衰方法および減衰機構を有したァクチュエータに関する

背景技術

圧電素子として、例えば、高速な応答性に優れ大さな力が発生でさる P Z T ( P b Z r 0 3 — P b T i o 3 ) に代表される圧材料を多層に積層した積層型圧電素子は、高精度な位置決めに大変有効な駆動素子である。しかし · -

、 ^ ~の圧電素子は、駆動できる変位量が概ね積層高さの 1 / 1 0 0 0 と非常に小さい。また、圧電素子そのものに大さな剪断荷重が加わると、圧電材料の接着面で破断し易いとい問題が従って、圧電素子の固定及ぴ支持方法や駆動する部 Π

PP と接続などを考慮する必要があり、圧電素子単体をァクチュエータとして使用しょうとした場合、非常に使い難レ、側面を持っている。

そこで、圧電素子の発生する小さな変位を何学的に拡大し、 I !時に固定部や駆動する部品への取り付けを容易にする変位拡大機構に、積層型圧電素子を組み合わせたァクチユエータが提案されている。例えば、ドイツ、 P I ポリテック · カタ口グ - 2 0 0 1 、頁 2 — 1 6 、 2 0 0 0年 7月発行には変位拡大機構としては、てこ構造で圧電素子の変位を拡大する機構が開示されている。ドイツ、 P I ポジテック力タ口グ一 2 0 0 1 、頁 2 — 4 2 、 2 0 0 0年 7月行には、 4つの弾性ヒンジで構成された菱形形状体の対角を伸 '長することでもう一方の対角間の長さを、これら対角間の長さの比率で拡大する機構が開示されている。フランス、力タ π グ「 CEDRAT TECHNOLO GIE S J 、第 5 6 頁 . 、 2 0 0 2年 9 月発行には、くさび状の先端を圧電素子の伸長で割り込ませて変位を拡大する機構を応用したもの力 S知られている。た、特開平 6 一 2 8 8 0 5 号公報には、変位拡大機構として V ンク機構を用いたァクチュエータが提案されている。このよフなァクチュェ一タは、精密位置決めを必要とする産業機の分野で幅広く用いられている。

変位拡大機構よび圧電素子を備 X.たァクチュェ ¹ タの大の利点は、 1 つのバネとダンパと質量とで表現可能な次遅れ要素によつてァクチユエ一タの特性を表現でさ 1 の主共振が高い周波数帯域にあるためヽ制御性に優れていことにある。しかし、応答性を向上させた場、 · 主振ピクが高くなる傾向にある。共振ピクィ i が高い状態でァクェエータの制御系を構成した場合、開ループ特性においてゼ口クロスまでの周波数で示されるサーボ帯域（制御帯域）が制約され、制御性能を悪化させる要因となっている。そのため、一般に、共振周波数がでくるだけ高域となるように制御系を改善し、サーポ帯域を伸ばす努力が試みられている。

二次遅れ要素が示す共振周波数は、ァクチユエータの質量を m 、バネ定数を k とした場合、次式を満足する。なお、次式において、 ω ηは系の固有角振動数を示し、共振周波数 f は f = ω n / 2 πの関係にある。

ァクチユエータの質量、つまり、可動部の質量が一定であると仮定した場合、ァクチユエータの共振周波数を上げるためには、変位拡大機構のバネ剛性を上げることが必要となる。

一方、積層型圧電素子の変位量は、発生力とほぼ反比例の関係にあり、発生力を大きく取ろうとすると、圧電素子の伸長は小さくなる。従って、パネ定数を大きくして共振周波数を上げた場合、ァクチユエータの最大変位量は必然的に小さくなる。ァクチユエータの共振周波数とその最大変位量とは相反する関係にあり、両立させることは大変難しい。

このような機構のァクチユエータは、機構部品として取り扱いが容易になる。しかし、機構学的には変位拡大される構造とはなっていても、高い共振周波数と両立させるため、実質的に、ァクチユエータは、使用した積層型圧電素子単体の無負荷時の最大変位量とほぼ等しい最大変位量しか発生できないことも多い。変位拡大機構と積層型圧電素子とを組み合わせたァクチユエータにおいて、諸設計条件から、制御性能を向上するために所望の最大変位量を確保しながら同時に共振周波数を上げることは自ずと限界があり、高速で高精度な制御系を構成する上で大きな課題となっている。

積層型圧電素子と変位拡大機構とを備えたァクチユエータにおいて、機構上の改善によって制御系の制御帯域を拡張しようとする場合、共振周波数を更に高域に上げるか、減衰性能を高めて共振ピークを下げ、開ループ特性において iヽt振周波数のピークが 0 d B のクロスラインを越えて系が不安定とならないように設計することになる。

一方、制御系の設計によって改善しよとする ¾ϊ口ヽ一般的な P I D (比例、積分、微分）制御器では、狭帯域のノクチフィルタにより反共振特性を持たせ共振ピ一クを相枚する手法が一般的である。し力し、ノッチフィノレタは位相反転も同時に発生させるため、抜本的に制御性能を上げることはできない。

また、 R o b u s t な制御性能を有する H∞で周波数整形し、位相特性に影響を与えずに反共振特性で共振ピ一クを相殺することも可能である。しかし、制御系の次数が高 < 複雑化し、制御系設計 C A D ( M A T L A B ) や高速で計算能力はあるが高価な D P S (デジタ /レシグナルプ口セッサ ) などを用いないと実現が難しい。更に、ァクチュェタのように高速性が要求される場合、制御系の次数によつては、現状、-

D S Pの演算能力では所望の制御器を実現することができない。また、 C A Dを駆使し D S P で実現される H ∞などの口

Λストな制御器は、 P I D制御器のように人間が経験的または感覚的に調整することが困難であるため、 ^v ~れらの一般的な普及も阻んでいる ,

以上のこと力、ら、ァクチユエータ自身の減衰能を向上させて北振ピークを下げることは、制御帯域を上げるために必要な抜本的な改善であり、最も効果的な対尔である。従来、ァクチユエータの固定部と支持部との間にゴムゃ紙などの減衰材を挟み込み、部品同士や締結ネジ面間の接触摩擦によつてァクチユエタ内部の振動エネルギーを熱ェネルギーに変換し、共振ピ一クを減衰させている。また、ァクチュェ一タ固定部の締結力を弱めることで、支持部分の接触摩擦を増加させ、共振による振動エネノレギーを熱エネノレギに変換して減衰させて共振ピ一クを下げることもできるその反ヽ一般に共振周波数も下がってしまう。そのためヽ本質的な手法ではないものの効果的な方法の 1 つとして、固定ネジの締め付けトノレクを管理し、共振周波数を高く維持させながら dtfc振ピークをできるだけ下げる手法もある。

しカゝし、のような手法で発生する減衰力はヽ差ほど大きなものではな < 、必要以上に共振ピークを上げないための調整程度に過ぎない。固定部に減衰材等の弾性体または粘弾性体を挟み込んだ場合、固定部を基準としてァクチュェ一タを取り付けた、位置精度に悪影響を与える従つて、密 1ΑΔ 置決めを旨とするァクチユエータの固定方法としては望ましくない。

発明の開示

この発明の以上の点に鑑みなされたものでヽその目的は、積層型の圧電素子と変位拡大機構とを備えたァクチュェ一タの特性を妨げることなく、本来ァクチユエタが有する共振ピークを充分に減衰することが可能な減衰方法よびァクチユエ一タを提供することにある。

機構部の動作を拘束させるような付加的な機構は、例え減衰性が上がつたとしても最大変位を大幅に減少させたりヽヽ振周波数を低域に移動させたりする。そのため、共振ピ一クの減少と引き換えに別の問題が発生するのが一般的である。しかし、本発明を適用する対象は、一般的な機械機構では歪みと言つても過言でない変位領域で応用される機構でありヽ通常の機械的な常識が通用しない ^ ノ、目標とする共 & m 波数は、一般的な機械機構の 1 0倍以上であり、共振ピ一クも非常に大きな機構となっている。

そこで、この発明の態様に係るァクチュエータの減衰方法は、圧電素子と、この圧電素子の変位に応じて変位する可動部を有し、圧電素子の変位量を拡大する変位拡大機構と、を備えたァクチユエータの共振ピークを低減するァクチュェ ' ~ タの減衰方法であって、

m記可動部の表面に弾性体あるいは粘弾性体を介して拘束部材を固定し、前記弾性体あるいは粘弹性体の変形により前記可動部の振動エネノレギーを熱ェネルギ一に変換して前記ァクチユエ一-タの共振ピークを低減する。

この発明の態様に係るァクチュエータは、圧電素子との圧電素子の変位に応じて変位する可動部を有し、 HU記圧電素子の変位量を拡大する変位拡大機構と、弹性体あるいは粘弾性体を介して前記可動部に固定れ、刖記弾性体あるいは粘弹性体の変形により前記可動部の振動ェネルギ一を熱ェ不ルギ一に変換して共振ピークを減衰する拘束部材と、を備えている。

上記構成の減衰方法およびァクチュエータによれば、拡大

,変 it m mの可動部に弾性体あるいは粘弾性体を介して拘束部材を接合し、共振で生じる振動によって弾性体または粘弾性体が歪むことにより、振動エネルギーを粘性抵抗や内部歪によって熱エネルギー（摩擦熱）に変換し、効率良く共振ピークを低減することができる。

拡大変位機構の可動部に弾性体あるいは粘弾性体を介して接合された拘束部材はヽ可動部の動作を拘束することでァクチユエ一タの共振周波数を ¾め、ねじれモードの共振を抑制する効果を有している - リンク部および可動子を備えた変位拡大機構を用いる士县 A口リンク部間に拘束部材を架橋して V ンク部間の動作を意図的に拘束する。また、可動.子や支持部にも拘束部材を架橋することで変位拡大機構と拘束部材との間でできるだけ大きな接触面積を設け、弾性体または粘弾性体をできるだけ効率良く歪ませるれによりヽァクチュェータが本来有している大きな共振ピークを大幅に低減することができる。

図面の簡単な説明 - 図 1 は、この発明の第 1 の実施形態に係るァクチユエータを示す斜視図。

図 2 は、上記ァクチユエータの平面図。

図 3 は、上記ァクチユエータの側面図。

図 4 は、この発明の第 2 の実施形態に係るァクチユエータを示す斜視図。

図 5 は、上記第 2 の実施形態に係るァクチユエータの側面図。

図 6 は、上記第 2 の実施形態に係るァクチユエータおよび従来のァクチユエタの周波数特性を比較して示す図。

図 7 は、上記第 2 の実施形態に係るァクチユエ一タおよぴ従来のァクチユエ ―タにおける制御系の開ループ特性を比較して示す図。

図 8 は、上記第 2 の実施形態に係るァクチユエ一タよび従来のァクチュェタの変位履歴を比較して示す図。

図 9 は、この発明の第 3 の実施形態に係るァクチュェ一タを示す斜視図。

図 1 0 は、この発明の第 4 の実施形態に係るァクチュェ一タを示す斜視図。

図 1 1 は、この発明の第 5 の実施形態に係るァクチュェ一タを示す斜視図。

図 1 2 は、この発明の第 6 の実施形態に係るァクチュェ一タを示す斜視図。

発明を実施するための最良の形態

以下図面を参照しながら、この発明の実施形態に係るァクチユエータおよびァクチユエータの減衰方法について詳細に説明する。

図 1 ないし図 3 に示すように、ァクチユエータ 1 0 は、積層型の圧電素子 1 2 と、圧電素子 1 2 の変位を拡大する変位拡大機構 1 4 とを備えている。変位拡大機構 1 4 はヽ角柱形状の支持部 1 6、 · - の支持部 1 6 と隙間を置いてほぼ平行に対向した角柱形状の可動子 1 8 、および支持部 1 6 と可動子

1 8 との間を延ぴた互いに平行な一対のリンク部 2 0 a 、

0 b を有し、全体としてほぼ矩形枠状に形成されている。各リンク部 2 0 a 2 0 b の両端は、それぞれ弾性ヒンジ 2 2 を介して支持部 1 6 および可動子 1 8 Ϊ mされている。各リンク部 2 0 a 2 0 b は弾性ヒンジ 2 2 の弾性変形により、この弾性ヒンジを支点とする等価的な回動運動等が可能となつている

支持部 1 6 には、この支持部を所望の部位へねじ止めするためのねじ孔 1 1 が形成されてレ、る。支持部 1 6 には可動子

1 8側に突出した台座部 2 4が一体形成され、この台座部 2

4 に圧電素子 1 2 の一端が固定されている。圧電素子 1 2 の他端はてこ機構 2 6 を介して、一方のリンク部 2 0 a に接 c れている。圧電素子 1 2が変位すると、この変位はてこ機構 2 6 により増大されて一方のリンク部 2 0 a に伝達される。すると、リンク部 2 0 a は支持部 1 6 に対して矢印 A方動 ·>- 向に移する。れに伴い、可動子 1 8 ねよび他方のリンク部 2 0 b が矢印 A方向に移動する。その結果、ほぼ矩形枠状の変位拡大機構 1 4 は、平行四辺形の枠状に変位する。このようにして、圧電素子 1 2 の変位は、変位拡大機枰 1 4 により拡大され、可動子 1 8 の変位として出力される。

変位拡大機構 1 4 の支持部 1 6 、可動子 1 8 、リンク部 2 0 a 2 0 b 、弾性ヒンジ 2 2 、およびてこ機構 2 6 は、例えば、ジュラルミン（高力アルミニウム）、ステンレス鋼等の金属あるいはセラミックス等の剛性の高い材料により一体的に成形されている。可動子 1 8 、リンク部 2 0 a 2 0 b 弾性ヒンジ 2 2 、およびてこ機構 2 6 は、変位拡大機構 1 4 の可動部として機能している。変位拡大機構 1 4 の可動部には、弾性体あるいは粘弾性体を介して拘束部材 3 0 が固定されている。本実施形態において、拘束部材 3 0 は、アルミニウム、ステンレス鋼等により矩形の平板に形成され、一方の表面全体に弾性体あるいは粘弾性体 3 2 が塗布され、粘弾性体層を形成している例え、拘束部材 3 0 の板厚は 0 . 2 〜 1 . 0 m m禾呈度に形成され、粘弹性体 3 2 の層厚は 0 . 0 4 〜 0 . 2 m m程度に形成されてレヽる。拘束部材 3 0 は、粘弾性体 3 2側が変位拡大機構 1

4 の表面に面接触した状態で、変位拡大機構に固定されていでは、拘束部材 3 0 は、一対のリンク部 2 0 a 、 2

0 b の可動子 1 8側端部に固定され、一対のリンク部に架橋されている。変位拡大機構 1 4 に対する拘束部材 3 0 の固定には、接着剤あるいは粘弾性体 3 2 自体の粘性を用いることができる

上記構成のァクチユエータ 1 0 によれば、平行な V ンク部

2 0 a 、 2 0 b 間に拘束部材 3 0 を架橋してリンク部間の動作を意図的に拘束することにより、変位拡大機構 1 4 の振動に応じて粘弾性体 3 2 が効率良く歪まされる時に、拘束部材 3 0 により粘弾性体 3 2 の拘束部材側表面の変形を拘束すとにより、粘弾性体 · - るこ 3 2 の歪みを増大させるとができる。粘弾性体 3 2 は、歪むことにより振動ェネルギ一を熱エネルギ一に変換し、振動を減衰する。これによりヽ変位拡大機構 1 4および積層型の圧電素子 1 2 で構成されるァクチユエータ 1 0 が内在する大きな共振ピークを効果的に減衰させながら、ァクチユエ一タの共振周波数を上げるとができる。

拘束部材 3 0 および粘弾性体 3 2 をリンク部 2 0 a、 2 0 b の上面、つまり、可動部の移動方向と平行な平面内に設けることにより、ァクチユエータ 1 0 を移動平面内に拘束し、移動方向以外の方向に生じる変位拡大機構 1 4 の不要なねじれ等の変形を効果的に抑制することができる。

なお、拘束部材 3 0 およぴ粘弾性体 3 2 は、ァクチユエ一タ 1 0 の上面側だけではなく、裏面側にも設けてもよい。すなわち、拘束部材 3 0 と同様の拘束部材 3 4 は、ァクチユエータ 1 0 の裏面側において、一対のリンク部 2 0 a、 2 0 b に跨って固定され、拘束部材 3 0 と対向している。拘束部材 3 4 は粘弾性体 3 6 を介して変位拡大機構 1 4 に固定され、その固定には、接着剤あるいは粘弾性体 3 2 自体の粘性を用いることができる。

ァクチユエータ 1 0 の上面側および裏面側の両方に粘弾性体あるいは弾性体を介して拘束部材を設けることにより、片面側だけに設けた場合に比較して、ァクチユエータの共振ピークを更に約 1 Z 2 に減衰することができる。

図 4および図 5 に示す第 2 の実施形態によれば、拘束部材 3 0 および粘弾性体 3 2 は、前述した第 1 の実施形態よりも大きな矩形板状に形成され、変位拡大機構 1 4 の上面側において、リンク部 2 0 a、 2 0 b だけではなく、可動子 1 8 に渡って固定されている。同様に、拘束部材 3 4および粘弾性体 3 6 は、変位拡大機構 1 4の下面側において、リンク部 2 0 a、 2 0 b だけではなく、可動子 1 8 に渡って固定され、拘束部材 3 0 と平行に対向している。拘束部材 3 0、 3 4 は、それぞれ粘弾性体 3 2、 3 6 を介在して変位拡大機構 1 4 の表面に貼付されている。

ァクチュェータ 1 0 の他の構成は前述した第 1 の実施形態と同一であり、その詳細な説明は省略する。

第 2 の実施形態によれば、変位拡大機構 1 4 の可動部と拘束部材 3 0 、 3 4および粘弹性体 3 2 、 3 6 との接触面積が増力 IJ し、より効果的にァクチユエータ 1 0 の共振ピークを減するとができる。拘束部材 3 0および粘弾性体 3 2 を変位拡大機構 1 4 の上面側のみに設けた場合、拘束部材および粘弾性体を持たないァクチユエータに比較して、その共振ピークを 5 / 1 0 0 に減衰することができる。拘束部材および粘弾性体を変位拡大機構 1 4 の両面側に設けることにより、共振ピークを更に 1 / 2 に減衰することが可能となる。その他、第 2 の実施形態においても第 1 の実施形態と同様の作用効果を得るとができる。

減機ォ冓を持たない従来のァクチュェ ' ~タと第 2 の実施形態に係るァクチユエータ 1 0 とを用意し、その周波数特性を比較したその結果を図 6 に示す。この図から分かるように従来のァクチュエータは、 1 つのバネとダンパ一と質晕-、表現できる一次遅れ要素を示す機構で、共振周波数 3 • 6 k H z に 3 9 d Bの非常に大きな共振ピークが存 &している。変位拡大機構 1 4 に粘弾性体 3 2 力 S塗布されたァル、二ゥム製の拘束部材 3 0 が上面に取り付けられた第 2 の実施形態に係るァクチュエータにおいては、共振周波数は 3 0 0 H z 上がつて 3 . 9 k H z となり、共振ピークは 2 6 . 3 d B下がつて 1 2 . 7 d B となっている。ァクチユエータの有する共振ピークの振幅は従来の 5 Z 1 0 0 と大幅に減衰した。

拘束部材 3 4 およぴ粘弹性体 3 6 をァクチュエータ 1 0 の裏面側にも固定した場合、ァクチユエータの共振周波数は全く変化せずに共振ピークだけが更に従来のァクチュェータの

2 . 5 / 1 0 0 、すなわちヽ上面だけに拘束部材および粘弾性部材を取り付けた場合の itヽ振ピークを更に 1 / 2 にする効果が確認できた。

上記で得られた減衰効果により、ァクチユエータの制御性能を飛躍的に改善することができる。図 7 は、光ファィバ変位計を位置フィードバックとし、ァクチュエータの駆動源に高速バイポーラ電源を用いて、 P I 制御系を構成した時に測定された系の開ループ特性を示している。従来のァクチユエータを用いて制御系を構成した場合、高い共振ピークが要因となって、制御系の安定の巨安となる 0 d B ラインへ容易に到達してしまう。そのため、得られたサ、ーポ帯域 (制御帯域）は 4 9 H _Z と非常に低い帯域で、制御性能を向上させることができない。

これに対して、ァクチュェータの両面に減衰機構、すなわち、粘弾性体おょぴ拘束部材を付加した場合、共振ピークにおける周波数を下げることなく、大幅に減衰することができるため、 0 d B ラインに達するまでに大幅なマージンをとることができる。その結果、両面に減衰機構を設けた場合には、制御系のサーポ帯域を 7 2 4 k H z と従来のァクチユエータの 1 5倍に伸長することができた。

上記のような制御性能の向上が図られた場ムでもヽ積層型の圧電素子と変位拡大機構とを組み合わせたァクチュエータにおいて、実質的に最大変位量の減少は避けなければならない。しかしながら、上述した実施形態によれば、図 8 に示すように、拘束部材を変位拡大機構の上面および裏面に付加した場合でも、ァクチユエータの最大変位量の減少は、減衰機構を持たないァクチユエータの最大変位量の 5 %未満であり測定誤差範囲内であつた。本実施形態によれば、ァクチユエータの共振周波数を上げられること力ゝら、共振周波数の上昇分を変位拡大率に振分けて、共振周波数を一定に、拡大率を向上させるように最適化することも考えられ、減衰機構を持たないァクチユエ一タと同等な性能を維持しながらヽ振ピークを大幅に下げることが可能となる。

次に、この発明の第 3 の実施形態に係るァクチュェータについて説明する。図 9 に示すように、第 3 の実施形によれば、拘束部材 3 0およぴ粘弹性体 3 2 は、細長い矩形状に形成され、変位拡大機構 1 4 の側面全体に渡つて、つまり、支持部 1 6 の側面、リンク部 2 0 a の側面、ねぶび可動子 1 8 の側面に渡って固定されている。同様に、拘束部材 3 4および粘弾性体 3 6 は、支持部 1 6 の他側面、 V ンク部 2 0 b の側面、および可動子 1 8 の他側面に渡って固定されている。拘束部材 3 0 、 3 4 は、それぞれ粘弾性体 3 2 、 3 6 を介在して変位拡大機構 1 4 の表面に貼付されてレヽる。

ァクチユエータ 1 0 の他の構成は前述した 1 の施形態と同一であり、その詳細な説明は省略する。

第 3 の実施形態によれば、支持部 1 6 、可動子 1 8 、およびリンク部 2 0 a、 2 0 b を架橋するように拘束部材および粘弾性体を固定することにより、リンク部 2 0 a、 2 O b の動作を抑制し、ァクチユエータ 1 0 の有する最大変位量、共振周波数、変形などァクチユエータ本来の特性を損なわずに、共振ピークの大きな減衰効果が得られる。なお、変位拡大機構 1 4 を均一に変形させ減衰性を向上させるには、変位拡大機構 1 4 の両側面に弾性体あるいは粘弾性体およぴ拘束部材を配置することが望ましいが、一側面のみにョ ηιけた場合でも大きな減衰効果を得ることができる。

図 1 0 に示す第 4 の実施形態によれば、拘束部材 3 0 およぴ粘弾性体 3 2 は細長い矩形状に形成され、変位拡大機構 1

4 の上面側において、リンク部 2 0 a および可動子 1 8 に渡つて固定され、リンク部 2 0 a と可動子 1 8 とを架橋している。同様に、変位拡大機構 1 4 の裏面側におレ、て、拘束部材

3 4 および粘弾性体 3 6 力 S リンク部 2 0 a および可動子 1 8 に渡って固定され、拘束部材 3 0 と平行に対向している。拘束部材 3 0、 3 4 は、それぞれ粘弾性体 3 2ヽ 3 6 を介在して変位拡大機構 1 4 の表面に貼付されている。

ァクチユエータ 1 0 の他の構成は前述した第 1 の実施形態と同一であり、その詳細な説明は省略する。 4 の実施形態においても、ァクチユエータ 1 0 のァクチュェ一タ本来の特性を損なわずに、共振ピークを効率良く減衰することができる。拘束部材および粘弾性体は、ァクチユエ一タの両面に限らず、表面あるいは裏面の一方に設けた場合でも充分な減効果が得られる。

図 1 1 に示す第 5 の実施形態のように、拘束部材 3 4 よび粘弾性体 3 6 を、他方のリンク部 2 0 b と可動子 1 8 とに架橋して固定してもよく、あるいは、リンク部と支持部 1 6 とに渡って固定してもよい。更に、図 1 2 に示す第 6 の実施形態のように、環状の拘束部材 3 0 、 3 4および粘弾性体 3

2 、 3 6 を、支持部 1 6 、一対のリンク部 2 0 a 、 2 0 b ヽおよび可動子 1 8 に架橋して固定してもよレ、。

第 1 ないし第 6 の実施形態において、粘弾性体に代えて弾性体を用いた場合でも上記と同様の作用効果を得ることができる。

以上のように、上述した実施形態に係るァクチユエ一タよび減衰方法によれば、ァクチユエータの共振 ; ] Tife数の高帯域化を図った上で、減衰性を向上させることができ、ァクチユエータ固-有の変位量や共振周波数に大幅な影響与えるとなく、また同時に駆動方向以外の不必要な挙動を防止するとができる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化 < る £プ^、上 δ己施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよレ、。上述した実施形態では、実証結果を踏まえて、ァクチュェータの可動部と拘束部材との間に弹性体あるいは粘弾性体を介在した構造を中心し説明したがヽ重要なことは機構部を拘束することで、ァクチュェ一タの剛性を上げながら、最大変位量や共振波数を変えずに共振のピ一クだけを大幅に低減することにある。従つてヽ減衰効果を得る材料自体は上述した実施形態に限定されるのではな < 、例えば、拘束部材自身が減衰能を有するものをネジ等によつてァクチユエ一タの可動部に固定することも可能である。

その他、拘束部材よび粘弾性体あるいは弾性体は矩形状板状に限らずヽ必要に応じて他の形状としてもよいまたヽ粘弾性体あるいは弾性体は、拘束部材の全面に渡つてき HXけられてレ、なくてもよく、拘束部材よりも小さな面積に形成してちよい。更に、ァクチュェ一タの変位拡大機構の可動部はヽリンク部、弹性ヒンジおよび可動子の組合せに限定されるのではな -as- 主

< 、圧子の変 1ALを拡大する構成であればヽ種々の構造を用いることができる。圧電素子は積層型に限らず、他の圧電素子、磁歪素子等の同様な特性を有する駆動、'子を用いることもできる ,

産業上の利用可能性

本発明によれば、圧電素子と変位拡大機構とを備たァクチュェ一タの特性を何ら妨げることなく、ァクチュェタが本質的に有する共振ピ一クを充分に低減することが可能な減衰方法およびァクチユエータを提供することができる。

Claims

請求の範囲

1 . 圧電素子と、この圧電素子の変位に応じて変位する可動部を有し、前記圧電素子の変位量を拡大する変位拡大機構と、を備えたァクチユエータの共振ピークを低減するァクチユエータの減衰方法であって、

前記可動部に弾性体あるいは粘弾性体を介して拘束部材を固定し、前記弾性体あるいは粘弾性体の変形による歪により前記可動部の振動エネルギーを熱エネルギーに変 fer して前記ァクチユエータの共振ピークを低減するァクチュエータの減 ¾7法。

2 . 前記変位拡大機構は、前記圧電素子が固定された支持部を有し、前記可動部は、前記支持部と対向した可動子と、前記支持部と可動子とを連結しているとともに記圧電素子の変位に応じて移動するリンク部と、を備え m記拘束部材を前記リンク部と可動子とに架橋して固定する m求項 1 に記載のァクチユエータの減衰方法。 - .

3 . 前記変位拡大機構は、前記圧電素子が固定された支持部を有し、前記可動部は、前記支持部と対向した可動子と、前記支持部と可動子とを連結しているとともに刖し fib 糸 -F* の変位に応じて移動するリンク部と、を備え記拘束部材を前記支持部、リンク部おょぴ可動子に架橋して固 ¾1す <0 求項 1 に記載のァクチユエータの減衰方法。

4 . 前記変位拡大機構は、前記圧電素子が固定された支持部を有し、前記可動部は、前記支持部と対向した可動子と、それぞれ前記支持部と可動子とを連結しているとともに前記圧電素子の変位に応じて移動する一対の平行なリンク部とを備え、前記拘束部材を前記一対のリンク部に架橋して固定する請求項 1 に記載のァクチユエータの減衰方法。

5 · 刖記変位拡大機構は、前記圧電素子が固定された支持部を有し、前記可動部は、前記支持部と対向した可動子と、それぞれ前記支持部と可動子とを連結しているととに記圧電素子の変位に応じて移動する一対の平行なリンク部とを備え、記拘束部材を前記一対のリンク部と可動子とに架橋して固定する請求項 1 に記載のァクチュェータの減 ¾力法。

ハヽ

6 · m記変位拡大機構は、前記圧電素子が固定された支持部を有し、前記可動部は、前記支持部と対向した可動子と、それぞれ前記支持部と可動子とを連結しているととに刖記圧電素子の変位に応じて移動する一対の平行なリンク部とを備、刖記拘束部材を前記支持部と前記一対のリンク部とに架橋して固定する請求項 1 に記載のァクチエータの減方法。

7 . 前記変位拡大機構は、前記圧電素子が固定された支持部を有し、前記可動部は、前記支持部と対向した可動子と、それぞれ前記支持部と可動子とを連結しているとともに前記圧電素子の変位に応じて移動する一対の平行なリンク部とを備え、前記拘束部材を前記支持部、一対のリンク部、およぴ可動子に架橋して固定する請求項 1 に記載のァクチェ一タの減衰方法。

8 . 刖記変位拡大機構は上面およびこの上面と対向した裏面を有し、前記拘束部材を前記変位機構の上面および裏面にそれぞれ固定することを請求項 1 ないし 7 のいずれか 1 項に記載のァクチユエータの減衰方法。

9 . 前記拘束部材として、前記弾性体あるいは粘弾性体よりも剛性の高い金属板あるいはセラミックスからなる平板を用い、ァクチユエータの機械剛性を上げる青求項 1 ないし

7 のいずれか 1項に記載のァクチユエータの減衰方法。

1 0 . 圧電素子と、

この圧電素子の変位に応じて変位する可動部を有し、刖 §己圧電素子の変位量を拡大する変位拡大機構と、

前記可動部に弾性体あるいは粘弾性体を介して固定され、記弾性体あるいは粘弾性体の変形により前記可動部の振動ェネルギーを熱エネルギーに変換して共振ピ一クを低減する拘束部材とヽを備えたァクチ二一タ

1 1 . 前記変位拡大機構はヽ m βύ )±電子が固定された支持部を有し、前記可動部は、記支持部と対向した可動子と、前記支持部と可動子とを連結してレヽるととに m記圧亀素子の変位に応じて移動するリンク部と、を備えヽ記拘束部材は前記リンク部と可動子とに架橋して固定されている請求項

1 0 に記載のァクチユエータ。

1 2 . 前記変位拡大機構は、 m記圧電素子が固定された支持部を有し、前記可動部は、記支持部と対向した可動子と、前記支持部と可動子とを連結しているとともに刖記圧電素子の変位に応じて移動するリンク部と、を備 X.ヽ記拘束部材は前記支持部、リンク部および可動子に架橋して固定されている請求項 1 0 に記載のァクチ. エー 1 3 • 前記変位拡大機構は、前記圧電素子が固定された支持部を有し、前記可動部は、前記支持部と対向した可動子と、それぞれ前記支持部と可動子とを連結しているとともに刖記圧電素子の変位に応じて移動する一対の平行なンク部と、を備 7L 、前記拘束部材は前記一対のリンク部に架橋して固定されている請求項 1 0 に記載のァクチユエータ。

1 4 • 前記変位拡大機構は、前記圧電素子が固定された支持部を有し、前記可動部は、前記支持部と対向した可動子と、それぞれ前記支持部と可動子とを連結しているととに目' J記圧電子の変位に応じて移動する一対の平行なリンク部と、を備、前記拘束部材は前記一対のリンク部と可動子とに架橋して固定されている請求項 1 0 に記載のァクチユエ -タ。

1 5 • 前記変位拡大機構は、前記圧電素子が固定された支持部を有し、前記可動部は、前記支持部と対向した可動子と、それぞれ前記支持部と可動子とを連結しているとともに刖己圧電子の変位に応じて移動する一対の平行なリンク部と、を備え、前記拘束部材は前記支持部と前記一対のリンク部とに木して固定されている請求項 1 0 に記載のァクチュェ ¹ ~ グ

1 6 前記変位拡大機構は、前記圧電素子が固定された支持部を有し、前記可動部は、前記支持部と対向した可動子と、それぞれ前記支持部と可動子とを連結しているととに m記圧電素子の変位に応じて移動する一対の平行な V ンク部と、を備 X. 、前記拘束部材は前記支持部、一対のリンク部および可動子に架橋して固定されている請求項 1 0 に記のァクチュェ一タ

1 7 • 記変位拡大機構は上面およびこの上面と対向した裏面を有しヽ前記拘束部材は、前記弾性体あるいは粘弾性体を介して刖記変位機構の上面おょぴ裏面にそれぞれ固定された第 1拘束部材およぴ第 2拘束部材を含んでいる請求項 1 0 ないし 1 6 のいずれ力 1 項に記載のァクチユエータ。

1 8 • 記拘束部材は前記弾性体あるいは粘弹性体よりも剛性の高い金属板あるいはセラミッタスで構成されている請求項 1 0 ないし 1 6 のいずれか 1 項に記載のァクチユエータ。