JP2794756B2 - ミラー駆動用圧電アクチュエータ - Google Patents

ミラー駆動用圧電アクチュエータ

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JP2794756B2
JP2794756B2 JP1072516A JP7251689A JP2794756B2 JP 2794756 B2 JP2794756 B2 JP 2794756B2 JP 1072516 A JP1072516 A JP 1072516A JP 7251689 A JP7251689 A JP 7251689A JP 2794756 B2 JP2794756 B2 JP 2794756B2
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光範 佐野
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Nippon Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光ファイバ通信や光応用計測制御に使用され
る電歪あいは圧電素子を駆動源とするミラー駆動用電歪
あるいは圧電アクチュエータに関する。
〔従来の技術〕
従来、光信号の分岐・結合に用いられるミラーは、そ
の駆動源として電磁形のアクチュエータが広く用いられ
ている。
このような電磁形のアクチュエータは、コイルに電流
を流すことによって磁界を発生し、それによる磁力を利
用して可動部材を駆動する構成になっている。
このため、銅損や鉄損が生じて大きな入力エネルギを
必要とするばかりでなく、発熱や磁気干渉を生ずる等の
問題点を有している。
このため、電気・機械エネルギ変換効率が高く、かつ
低電力で駆動でき、しかも発熱量が少なく磁気干渉もな
い電歪あるいは圧電素子を駆動源とするミラー駆動用電
圧アクチュエータが考えられている 第4図は従来のミラー駆動用圧電アクチュエータの一
例を示す斜視図である。
アーム18はその他端18aに薄板状の第1のヒンジ19を
有し、さらに、これを挟んで横方向(幅方向の両側)に
薄板状の第2および第3のヒンジ20,21を有している。
第1のヒンジ19は電歪あるいは圧電素子22の伸縮方向
(矢印D)の一端22aの端面に結合されており、第2お
よび第3のヒンジ20,21の一端は固定部材23の他端に結
合されている。電歪あるいは圧電素子22の伸縮方向の他
方の端部22bも固定部材23に結合されている。
第5図は第4図の従来例の第1、第2、、第3のヒン
ジ19,20,21の配設状態の詳細を示す斜視図である。第2
および第3のヒンジ20,21は第1ヒンジ19を挟んでその
左右(幅方向の両側)に設けられており、その高さ(厚
さ)方向の位置は第1のヒンジ19の位置とはずれてい
て、所定の寸法の段差を有して同じ高さに配設されてい
る。
このような構成を有するミラー駆動用圧電アクチュエ
ータの電歪あるいは圧電素子22に電圧を印加すると、第
6図に示すような動作を行なう。すなわち、電歪あるい
は圧電素子22は矢印D1方向に伸張し、第1のヒンジ19を
矢印D1方向に変位させる。一方、第2および第3のヒン
ジ20,21の一端は固定部材23に、他端はアーム18に固定
されており、しかも第1のヒンジ19との間に段差を有す
るため、薄板状の第1、第2および第3のヒンジ19,20
および21は矢印E方向に曲げ変形を生じ、したがってア
ームム18を矢印Eの方向に回動運動を起こす。この結
果、アーム18の側面に結合されているミラー24には、電
歪あるいは圧電素子22の変位量が拡大されて伝達され、
ミラー24は矢印E方向に動いて光ファイバや光応用計測
制御の光路を変えることができる。
〔発明が解決しようとする課題〕
上述した従来のミラー駆動用圧電アクチューエータ
は、第1のヒンジと第2,第3のヒンジの間に段差を有す
る複雑な構造となっていて、しかもアームとヒンジと固
定部材が高剛性の材料で一体成形構造となっているの
で、加工が容易でなく自動化に向かないという欠点があ
る。
したがって、加工手段が限定される。例えばワイヤー
カット放電加工手段は少量生産には最適ではあるが加工
時間が大であり、コストが非常に高い欠点がある。ま
た、その他に、ロストワックス鋳造法、粉末治金法によ
る加工手段もあるが、寸法、形状などに大きな制限を受
ける。
〔課題を解決するための手段〕
本発明のミラー駆動用圧電アクチュエータは、 一方の側面にミラーが固着されるアームと、U字形の
固定部材と、固定部材に収容されるように伸縮方向の一
端が固定部材のU字形の底部に取付けられた電歪あるい
は圧電素子と、前記アームの、前記ミラーが固着される
側面および電歪あるいは圧電素子と平行になるように両
端がアームと圧電素子の伸縮方向の他端に固着された薄
板状の第1のヒンジと、第1のヒンシの側面に垂直な方
向に所定の寸法の段差をもって、かつ第1のヒンジの側
面に対して同じ側に、そして第1のヒンジの幅方向の両
側に位置するように一端がアームに、他端が固定部材に
固着された薄板状の第2,第3のヒンジとを備えたミラー
駆動用圧電アクチュエータにおいて、 前記固定部材と、第1,第2,第3のヒンジと、第1,第2,
第3のヒンジが固着されるアームの端部と、第1のヒン
ジと電歪あるいは圧電素子の間にあって電歪あるいは圧
電素子の変位を伝達する変位伝達部分が、任意の薄い金
属板をプレス打ち抜き加工し、その際アームの端部と固
定部材の変位伝達部分の要所要所に任意の形状の一部を
半抜きまたは全周を半抜きしてかしめ部を形成し、1枚
ずつ重ねてはさみつけ、かしめ部の半抜きした突起の切
口面の摩擦力で密着積層された構造を有している。
〔作用〕
本発明は、寸法精度の面ですぐれた加工法であるプレ
ス打ち抜き加工を利用して、固定部材と、第1,第2,第3
のヒンジと、第1,第2,第3のヒンジが固着されるアーム
の端部と、第1のヒンジと電歪あるいは圧電素子の間に
あって電歪あるいは圧電素子の変位を伝達する変位伝達
部分が、任意の薄い金属板をプレス打ち抜き加工し、そ
の際アームの端部と固定部材と変位伝達部分の要所要所
に任意の形状の一部を半抜きまたは全周を半抜きしてか
しめ部を形成し、1枚ずつ重ねてはさみつけ、かしめ部
の半抜きして突起の切口面の摩擦力で密着積層された構
造を有している。
〔実施例〕
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。
第1図(a)本発明の第1の実施例のミラー駆動用圧
電アクチュエータを示す斜視図、第1図(b)は第1図
(a)のA−A断面のかしめ部の拡大断面図、第2図は
第1図(a)の実施例の動作状態を示す斜視図である。
アーム1はその端部1aに薄板状の第1のヒンジ2を有
し、これを挟んで横方向(幅方向の両側に)薄板状の第
2および第3のヒンジ3,4を有している。第1のヒンジ
2は、電歪あるいは圧電素子5の伸縮方向(矢印B)の
一端5aの端面に結合されており、第2および第3のヒン
ジ3,4の一端は固定部材6の端面に結合されている。電
歪あるいは圧電素子5の変位方向の他方の端部5bも固定
部材6に結合されている。アーム1の一方の側面にはミ
ラー7か結合されている。また、第2および第3のヒン
ジ3,4の高さ(厚さ)方向の位置は第1のヒンジ2の位
置とはずれていて、所定の寸法の段差を有しており、第
2のヒンジ3と第3のヒンジ4とは同じ高さに配設され
ている。
アーム1の端部1aとヒンジ2,3,4と固定部材6と電歪
あるいは圧電素子5の伸縮方向の一端5aは、剛性の高い
金属材料の薄い金属板8(0.15〜0.5mmの厚み)をプレ
ス打ち抜き加工する際、アーム1の端部と固定部材6と
電歪あるいは電歪素子5の方向の一端5aの要所要所に任
意の形状の一部を半抜きまたは全周を半抜きしてあらか
じめ角型のかしめ部9を形成し、一枚ずつ重ねてはさみ
つけ、かしめ部9の突起9aの切口面8aの摩擦力で密着積
層した積層構造である。
このような構造を有するミラー駆動用圧電アクチュエ
ータの電歪あるいは圧電素子5に電圧を印加すると、第
2図に示すような動作を行なう。すなわち電歪あるいは
圧電素子5は矢印B1方向に伸張し、第1のヒンジ2を矢
印B1方向に変位させる。一方、第2および第3のヒンジ
3,4の一端は固定部材6に、他端はアーム1に固定され
ており、しかも第1のヒンジ2との間に段差を有するた
め、薄板状の第1,第2および第3ヒンジ2,3および4は
矢印C方向に曲げ変形を生じ、アーム1も矢印Cの方向
に回動運動する。この結果、アーム1の側面に結合され
ているミラー7は、電歪あるいは圧電素子5の変位量が
拡大されて伝達され、矢印C方向に動いて光ファイバや
光応用計測制御の光路を変えることができる。
第3図は本発明の第2の実施例で、複数個並列に配設
されて構成されたミラー駆動用圧電アクチュエータの一
例を示す斜視図である。
第3図において、複数個のアーム10は、それぞれの端
部10aに薄板状の第1のヒンジ11と、それを挟んで幅方
向(横方向の両側)に2個の薄板状の第2および第3の
ヒンジ12,13を有している。第1のヒンジ11は、それぞ
れに対応して設けられた電歪あるいは圧電素子14の伸縮
方向の一端14aに結合されており、第2および第3のヒ
ンジ12,13は、固定部材15の端面に結合されている。各
アーム10の一方の側面にはミラー16が結合されている。
固定部材15は1個の部材であって、すべてのミラー駆動
用圧電アクチュエータに対して共通に用いられる。すな
わち、複数個並列に配設されて構成したミラー駆動用圧
電アクチュエータを構成する部材の一部であって、すべ
てのミラー駆動用圧電アクチュエータの第2および第3
のヒンジ12,13に対応して設けられており、、それぞれ
を固定するように構成されている。第1のヒンジ11と第
2のヒンジ12および第3のヒンジ13との位置関係は、第
1図の実施例と同様であって、第2および第3のヒンジ
12,13が第1のヒンジ11を挟んでその幅方向の両側に設
けられており、その厚さ方向に第1のヒンジ11との間に
段差を有して、両者が同じ高さに配置されている。
第2の実施例においても、アーム10とヒンジ11,12,13
と固定部材15と電歪あるいは圧電素子14の伸縮方向の一
端14aは剛性の高い金属材料の薄い金属板16にあらかじ
めかしめ部17を形成するようにプレス加工し、一枚ずつ
重ねてはさみつけ、かしめ部17の突起の切口面の摩擦力
で密着積層した積層構造である。
このように複数個並列に配設されて構成されたミラー
駆動用圧電アクチュエータは、第1の実施例のミラー駆
動用圧電アクチュエータと同様の動作を行い、したがっ
て同様の効果が得られる。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明は、プレス打ち抜き加工を
用い、ミラー駆動用圧電アクチュエータのアームと、ヒ
ンジと、固定部材と、電歪あるいは圧電素子と第1ヒン
ジの間にあって電歪あるいは圧電素子の変位を第1ヒン
ジに伝達する部分を積層構造とし、接合手段としてかし
め締結を用いることにより、製造の自動化も容易とな
り、圧電アクチュエータを高寸法精度に製作できる効果
がある。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)は本発明の第1の実施例のミラー駆動用圧
電アクチュエータを示す斜視図、第1図(b)は第1図
(a)のA−A断面のかしめ部の拡大断面図、第2図は
第1図の実施例の動作状態を示す斜視図、第3図は本発
明の第2の実施例ミラー駆動用圧電アクチュエータを示
す斜視図、第4図は従来のミラー駆動用圧電アクチュエ
ータの一例を示す斜視図、第5図は第4図の従来例にお
けるヒンジの配置を示す拡大斜視図、第6図は第4図の
従来例の動作状態を示す斜視図である。 1,10,18……アーム、2,11,19……第1のヒンジ、3,12,2
0……第2のヒンジ、4,13,21……第3のヒンジ、5,14,2
2……電歪あるいは圧電素子、6,15,23……固定部材、7,
16,24……ミラー、8,16……薄い金属板、9,17……かし
め部、5a,14a,22a……変位伝達部分。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一方の側面にミラーが固着されるアーム
    と、U字形の固定部材と、固定部材に収容されるように
    伸縮方向の一端が固定部材のU字形の底部に取付けられ
    た電歪あるいは圧電素子と、前記アームの、前記ミラー
    が固着される側面および電歪あるいは圧電素子と平行に
    なるように両端がアームと圧電素子の伸縮方向の他端に
    固着された薄板状の第1のヒンジと、第1のヒンシの側
    面に垂直な方向に所定の寸法の段差をもって、かつ第1
    のヒンジの側面に対して同じ側に、そして第1のヒンジ
    の幅方向の両側に位置するように一端がアームに、他端
    が固定部材に固着された薄板状の第2,第3のヒンジとを
    備えたミラー駆動用圧電アクチュエータにおいて、 前記固定部材と、第1,第2,第3のヒンジと、第1,第2,第
    3のヒンジが固着されるアームの端部と、第1のヒンジ
    と電歪あるいは圧電素子の間にあって電歪あるいは圧電
    素子の変位を伝達する変位伝達部分が、任意の薄い金属
    板をプレス打ち抜き加工し、その際アームの端部と固定
    部材と変位伝達部分の要所要所に任意の形状の一部を半
    抜きまたは全周を半抜きしてかしめ部を形成し、1枚ず
    つ重ねてはさみつけ、かしめ部の半抜きした突起の切口
    面の摩擦力で密着積層された構造を有することを特徴と
    するミラー駆動用圧電アクチュエータ。
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