JPS6162369A - 圧電素子を用いたアクチユエ−タ - Google Patents

圧電素子を用いたアクチユエ−タ

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JPS6162369A
JPS6162369A JP59181517A JP18151784A JPS6162369A JP S6162369 A JPS6162369 A JP S6162369A JP 59181517 A JP59181517 A JP 59181517A JP 18151784 A JP18151784 A JP 18151784A JP S6162369 A JPS6162369 A JP S6162369A
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JP
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piezoelectric element
displacement
fulcrum
actuator
mechanical
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JP59181517A
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Takeshi Shibuya
渋谷 剛
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Juki Corp
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Tokyo Juki Industrial Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/20Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/02Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
    • H02N2/04Constructional details
    • H02N2/043Mechanical transmission means, e.g. for stroke amplification

Landscapes

  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

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】 〔技術分野〕 このj61JJは、積に’を型用’17’N子の縦効果
を利用して’、iL気旧エ気層エネルギ的エネルギに置
換する主として電子機器の電気信号によるfli’lω
Uに用いられる在倶動直機変位のアクチュエータに関す
る。
〔従来技術〕
匠来から、一般的なアクチュエータとしてステッピング
モータや7’af[石或はソレノイド等1が多(つかわ
れているが、これ等はいづれもインダクタンスに起因す
る応答時間が生ずるのはさけられないし、また前者のス
テッピングモータにおいては、その慣性のため停止精度
が不安定でかつ制御手段も複雑となる。後者のtlii
f石或はソレノイドは、エネルギ変換効率が低く、消費
電力が可成り大きいので、これがため過熱し寿命を長く
するため寸法・i要が増加する欠点がある。
例えば、′ε磁石にagすることによって可動子を吸引
し、ワイヤでインクリボン、記録紙ヲプラテンに押付け
て印字を行い、電磁石へのa電を切ると、可動子がバネ
によって元に復帰するような可成の印字ヘッドは、可成
りσ片:L ilLをイノする1り動子を円弧運動させ
るため印字の尚速比に限界を生じていること、可動子が
電磁石に吸引されて術芙するために大きな金属音が発生
しかつ耐i撃性を鳴する構造にする必要や、部品点数が
多い等多くの問題点もある。
〔発明の目的〕
この発明は、上記従来の多くの問題点を解消し、積層型
IE寛素子を用い、該l:E電素子の発生に位を機械的
に増幅して拡大し、小型軽瓜、騒音が低く、しかも部品
点数が少ない、堅牢な+#童のアクチュエータを得るこ
とにある。
〔発明の構成および作用〕
以下図面によりこの発明の第一の実施例を説明すると、 第1図において、1は内部T!極、2は外部電極、3は
絶縁体、4は圧電素子で、一つの素子の変侃ユは極めて
小さいので多数爪ね合わせてより太きな変位を得るよ5
に形成され、その外部電極2にmlEを印加すると縦方
向の自由端が変位する積層型圧電素子に関しては、公知
である。
第2図(甲)および(乙)は、夫々正面図および側面図
を示し、5は例えば高張力アルミ材のよ5な軽合金から
成る板状の枠体で、開口を設けた略U字形に形成され、
枠体5の底部空間部に圧′屯素子6を設け、前記圧電素
子6の一端は、枠体5のU字形底部壁の内平面に例えば
アラルダイト(商品名)等の接着剤を塗着して固定する
γは、第3図に示すように略乙字形に形成された薄厚(
例えば0゜8〜1%)のばね鋼等より成る機械的増幅部
であり、第一の挺子部1こと第二の挺子部7bの二段4
fi!構とから成り、その基端1cはアラルダイト(商
品名)等の接着剤を塗着し℃前記圧電素子6の他端で固
定する。
8は機械的増幅部7の先端に突設した変位伝達腕で、該
変位伝達lB118は耐摩耗性を有する硬質金属で形成
されている。
9は支点−で、2個の支点軸9は前述の機械的増幅部T
の第一の挺子部7αと第二の挺子部7bとの空間部の位
置でアルミ板よりなる一対の支点軸取付板10によりサ
ンドウィンチ状に挾持され、R’+1記一対の支点軸取
角板10は、前述のU字形の枠体5の両端部の上部近傍
で螺子11により螺着固定する。第4図は、支点軸9の
正面図と側面図で、軸部9CLと支点部9bとから成り
、v@部9αと支点部9bの軸心を偏心させ、かつ、−
万の帽部9αにすり割り溝を設け、尚カアルミ材等のよ
うな軽合金でム体に構成される。
第5図を工、前記機械的増幅部7の第一の挺子部7、と
第二の挺子部7bと支点−9と一対の支点軸取付板10
との関係を示す@面図で、前記第一の挺子部7αの上部
の平面部γα′ (第3図参照)に該支点軸9の支点部
9hの外周が当接するよ5にドライバーで溝付の軸部9
CLを矢印方向に1?5]励しながら調節し適正な支点
位置にセットした後にアラルダイト(商品名)等の接着
剤を塗着して固定すると第一の挺子部7αの梃子支点が
設定される。尚、第二の梃子支点も同様に設定される。
こリークなh♂)j戊されたアクチュエータの動作は、
圧電素子6に電圧を印加すると、IL′1じ素子6の一
端は枠体5のU字形底部壁の内平凹に固定されているか
ら、第2図の(甲)に示すように矢印方向に発生力が発
生して機械的増幅部70基端7Cを押圧する。この時、
例えば、圧電素子6に2×10×20龍のものを用いる
と表位は10μmである。
この変位は、機械的増幅部7に伝達して変位拡大され変
位伝達腕8を矢印方向に琥位運動させるOこの時、機械
的増幅部7は、支点軸9を基端とした梃子脚長により次
のように変位拡大される。
第一の梃子Tαによる変位−10μsX−第二の梃子7
Aによる変位−(10μmx;)x丁従って、機械的増
幅部Tによる変位−10μmX XLナリ今”■5 ”
+  A噂25111+、  C−m5 II。
t−53+mの実施例によれば、拡大倍率50倍を得て
変位500μ風となる。
このような支点軸9を基端とした腕長および挺子部の二
段機構により変位を拡大増幅することとなる。
次に匝1.L素子6の1u匝印加をすることによって、
機械的増幅部7の変位はすみやかに減衰して元の状悪に
復帰する。
尚、12は、アクチュエータ実装時の取付孔である。
第6図は、この発明の第二の実施例で、以下同一(相当
)構成は同一符号で示す。第二の実施例が第一の実施例
と特に相異する点は、枠体と機械的増幅部とを1体に形
成し、前記機械的増幅部には複数個の弾性ヒンジが支点
を形成する点であって、即ち、枠体5と機械的増幅部7
を例えばばね鋼等の材料で一体にプレス成彩され、前記
機械的増幅部7には、第一の挺子部13と第二の挺子部
14の二段機構と三個の弾性ヒンジを備えた3個の支点
部15を有し、前記機械的増幅部Tの第一の挺子部13
0基端16と枠体5の底部壁の内平面との間にl1lE
電素子6を嵌挿してアラルダイト(商品名)等の接着剤
を塗着して固定する。
第二の実施例の作動は、第一の実施例の作動と同様であ
って、尚機械的増幅部7の変位は、本実施例によるとα
−5厘鳳、b−20腫鳳 6 m 5 g 。
−一40鵡とすると W位−1071m−X−X−−32QIImとなって拡
大率約30倍を得て変位伝達腕8の変位は320μ風と
なり、第6図(甲)の矢印方向に変位する。
尚1γは、アクチュエータ実装時の取付孔である。
第7図は、第三の実施例で板状の枠体に圧電素子と機械
的増幅部を載置したアクチュエータの変形であって、(
甲)は上面図(乙)は側面図である。5はL型の枠体、
7は機械的増幅部で第一の挺子部18と第二の挺子部1
9と第三の挺子部20と第四挺子部21の四段機構を直
列に配置し、夫々六個の弾性ヒンジを備えた支点部15
を形成し、前記機械的増幅部γの第−挺子部18の基端
22と枠体5の側壁の内平面との間に圧電素子6を嵌挿
して、アラダイト(商品名)等の接着剤を塗着して固定
する。尚、機械的増幅部7は4個の皿螺子11でスペー
サ23を介して枠体5の平坦面部に螺着固定する。尚2
4は、アクチュエータ実装時の取付孔である。
第8図は、機械的増幅部7の上面図であって、11′は
前述の皿螺子110皿孔である。
第9図は、前述のスペーサ23で機械的増幅部7の各挺
子部の作動に影響を与えない範囲の形状をした板状体で
皿螺子11の下穴11″ を有して(する。
第10図は、第三の実施例の斜視図を示す。
第三の実施例の作動は、第一の実施例の作動と同様であ
って、尚、機械的増幅部7の変位は、本実施例によると
、a”51+!、  b−100,c−4m。
cl−15mg、m=5m、f−10m、g−5m。
f−18關、!−4關、ルー18u、lE?Ii素子に
4X16X20.0大きさのものを用いると1015 
 硯。」0艶咀−960μm変位−20X−T X−T
 x 55  4となって、拡大率約50倍を得て変位
伝達腕8の変位は960μmとなり、第7図(甲)の矢
印方向に変位する。
以上構成および作用を説明したように、LE電素6と機
械的増幅部7の組合せを種々実施することにより、変位
がl+八へされて変位伝に腕8を叉位述動する電子機器
のアクチュエータとして用途に応じて辿択して使用する
ことが可能であり、夫々は薄型でコンパクトに構成され
ているから、複数個のアクチュエータの層間に変位ha
 ’m’jを妨害しないようにスペーサを介在せしめて
載板の上に載置して、前述の取付孔12.17および2
4を利用し、螺子で螺着し1、ユニットとして博既する
と多用途に応じられることが可能で、特に、ドントマト
リクスプリンタ用の印字ヘッドは、一定時間内での印字
動作が多いことから印字の冒進化が可能であることは勿
論のこと、保守時の交換単位としても容易であり経済的
である。
〔発明の効果〕
以上説明したようにこの発明は、駆動源として圧電素子
を使用し、その変位を機械的増幅部で拡大し、変位伝達
腕を変位する構造および複数個の積層によるユニット化
も可能のように構成したから、従来のステンピ/グモー
クや′+fiW石或はツレ/イドの有する停止積度の不
安定やエネルギ莢候効至・過熱・寸法および里量の増大
等の欠点は1%消し、変位が正畑で、低騒音、かつ躯勤
制紳も容易であり、小形軽量、高速作動に適した電子様
器用の精密アクチュエータとして利息を有すると共匡、
特にピンハンマーを飛行させインクリボン、記録紙をプ
ラナ/に押圧して印字を行うような印字ヘッドの駆動ユ
ニットとしては、従来の可動子を有する構成と比較して
、関連印字が実現できる上、小形軽量で、j3II造が
簡単であるため部品点数も少く、組立容易な生産性・経
済性の優れた多くの効果を有している。
【図面の簡単な説明】
第1図は、積層型圧電素子の説明図、第2図(甲)およ
び(乙)は、本発明の第一の実施例を示す正面図および
側面図、第3図は、本発明の第一の実施例の機械的増幅
部の斜視図、第4図は、本発明の第一の実施例の支点軸
の奏弁嚇の正面図および側面図、第5図は、本発明の第
一の実施例の支点軸・支点軸取付板・機械的増幅部との
閃係を示す断面図、第6図(甲)および(乙)は、本発
明の第二の実施例乞示す正面図および側聞図、第7図(
甲)および(乙)は、本発明の第三の実施例を示す正面
図および側聞図、第8図は、本発明の第三の実施例の機
械的増幅部の正面図、第9図は、本発明の第三の実施例
のスペーサの正面図、第10図は、本発明の第三の笑b
m例の斜視図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、枠体5に圧電素子6の一端を固定し、前記圧電素子
    6の他端に直結された機械的増幅部7と、該機械的増幅
    部7の先端に突設した変位伝達腕8を直列に配置し、前
    記機械的増幅部7は挺子部と挺子支点部より成り該挺子
    支点部を基端とした挺子部の各腕長の比により変位拡大
    するように構成したことを特徴とする圧電素子を用いた
    アクチュエータ。 2、支点軸9を挾持する一対の支点軸取付板10を枠体
    5の両端部に固定し、前記支点軸9は軸部9aを軸中心
    として偏心回動させ支点部9bの外周面を機械的増幅部
    7の板状の側面に摺接させ挺子支点部を形成したことを
    特徴とする特許請求の範囲第1項記載の圧電素子を用い
    たアクチュエータ。 3、機械的増幅部7の平面部に弾性ヒンジ部15を設け
    、前記弾性ヒンジ部15が挺子支点部を形成したことを
    特徴とする特許請求の範囲第1項記載の圧電素子を用い
    たアクチュエータ。 4、枠体5と機械的増幅部7を直列に配置して一体に形
    成したことを特徴とする特許請求範囲第1項記載の圧電
    素子を用いたアクチュエータ。 5、圧電素子6と圧電素子6の 他端に直結された機械的増幅部7とを枠体5の平坦面部
    に載置して取付けたことを特徴とする特許請求範囲第1
    項記載の圧電素子を用いたアクチエータ。
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