JP3480127B2 - Stacked actuator - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、圧電ユニモルフもし
くはバイメタル等の変形部材を用いて構成される薄板の
積層体で構成され、屈曲動作の形態で外部に作動力を取
り出す積層型アクチュエータに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laminated actuator composed of a laminated body of thin plates formed by using a deformable member such as a piezoelectric unimorph or a bimetal and extracting an actuating force to the outside in the form of a bending operation.
【0002】[0002]
【従来の技術】長さが伸縮される伸縮アクチュエータ
や、回転力を出力する回転アクチュエータは、従来から
電磁モータと共に積層型の圧電アクチュエータが知られ
ている。しかし、この様な伸縮アクチュエータや回転ア
クチュエータは、基本的に一方向の動きのみに限られ
る。したがって、例えば折曲した管内の移動機構を構成
しようとする場合、複数の伸縮アクチュエータと回転ア
クチュエータとを組み合わせたようなアクチュエータ機
構を構成する必要が生じ、特に微細な機構を実現しよと
するために、2次元さらに3次元的な動作を行うアクチ
ュエータの開発が望まれる。2. Description of the Related Art As a telescopic actuator whose length is expanded and contracted and a rotary actuator which outputs a rotational force, a laminated piezoelectric actuator is known together with an electromagnetic motor. However, such expansion and contraction actuators and rotation actuators are basically limited to movement in one direction. Therefore, for example, when a moving mechanism in a bent pipe is to be configured, it is necessary to configure an actuator mechanism that is a combination of a plurality of expansion / contraction actuators and a rotary actuator, in order to realize a particularly fine mechanism. Moreover, it is desired to develop an actuator that performs two-dimensional and three-dimensional operation.
【0003】先に出願した特願平5−331679号に
おいては、それぞれ面の方向に屈曲制御される複数の薄
板を複数の連結部を形成して積層し、この薄板の屈曲変
形に伴う連結部の変位差を利用して多方向の屈曲動作を
行うアクチュエータを提案した。しかし、この様に構成
したアクチュエータにあっては、連結部の連結面が薄板
の変形動作の障害となる可能性があり、したがって連結
部を可能な限り細く構成することが望まれる。In Japanese Patent Application No. 5-331679 filed earlier, a plurality of thin plates, each of which is bent and controlled in the direction of its surface, are formed by laminating a plurality of connecting portions, and the connecting portions associated with the bending deformation of the thin plates are stacked. We have proposed an actuator that performs bending motion in multiple directions by utilizing the displacement difference of. However, in the actuator configured as described above, the connecting surface of the connecting portion may hinder the deformation operation of the thin plate, and therefore it is desirable to make the connecting portion as thin as possible.
【0004】しかし、この様にしてアクチュエータ機構
の構成の微細化が進むと、プロセス上さらに強度上の点
から連結面の寸法を著しく小さくすることが困難とな
り、この連結部の寸法を大きくすることによって、複数
の連結部により薄板の変形が妨げられるようになり、ア
クチュエータの動作範囲に制約を受けるようになる問題
点が生ずる。However, as the structure of the actuator mechanism is further miniaturized in this way, it becomes difficult to make the size of the connecting surface remarkably small from the viewpoint of strength in terms of the process, and it is necessary to increase the size of the connecting portion. As a result, the deformation of the thin plate is hindered by the plurality of connecting portions, and the operating range of the actuator is restricted.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】この発明は上記のよう
な点に鑑みなされたもので、2次元さらに3次元的な動
作が、動作範囲に制約を受けることなく円滑に実行さ
れ、さらに微細化が容易に可能とされる積層型アクチュ
エータを提供しようとするものである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above points, and a two-dimensional or three-dimensional operation can be smoothly performed without being restricted by the operation range, and further miniaturization can be achieved. It is an object of the present invention to provide a laminated actuator that can be easily manufactured.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】この発明に係る積層型ア
クチュエータは、外部からの制御信号に基づき面の方向
に屈曲変形される一対の薄板の外周部を平行状態に対向
設定し、この薄板の中央部分の相互間を中央連結部材に
よって結合するようにした複数のアクチュエータユニッ
トを備え、この複数のアクチュエータユニットを順次所
定の間隔で積層配置し、この積層されるアクチュエータ
ユニットの対向される一対の薄板の外周部相互を結合す
るもので、薄板の屈曲変形に伴い前記中央連結部材の端
面接合部が前記薄板の面に対して傾斜されされるように
した。In the laminated actuator according to the present invention, the outer peripheral portions of a pair of thin plates that are bent and deformed in the direction of the surface based on a control signal from the outside are set to face each other in a parallel state. A plurality of actuator units having central portions connected to each other by a central connecting member are provided, the plurality of actuator units are sequentially stacked at predetermined intervals, and a pair of thin plates facing each other of the stacked actuator units. The outer peripheral portions are joined together, and the end face joint portion of the central connecting member is inclined with respect to the surface of the thin plate as the thin plate is bent and deformed.
【0007】ここで薄板は、金属板とこの金属板の面に
接合される圧電素子とこの圧電素子の面に領域区分して
形成される電極板とにより構成される圧電ユニモルフ、
もしくは熱膨脹率の相違する複数の金属材料を接合して
構成されるバイメタルと、このバイメタルの面に領域区
分して設定されるヒータ部材とを含み構成されるように
した。Here, the thin plate is a piezoelectric unimorph composed of a metal plate, a piezoelectric element bonded to the surface of the metal plate, and an electrode plate segmented into regions on the surface of the piezoelectric element.
Alternatively, it is configured to include a bimetal formed by joining a plurality of metal materials having different thermal expansion coefficients, and a heater member which is divided into areas on the surface of the bimetal and set.
【0008】[0008]
【作用】この様に構成される積層型アクチュエータにあ
って、面方向の変位屈曲制御される一対の薄板の中央部
相互を中央連結部材で連結した複数のアクチュエータユ
ニットが積層体として構成されるもので、例えばこれら
積層体を構成する薄板の面に圧電素子を接合し、この圧
電素子を複数の領域に区分して電極を設定し、これら電
極に対する印加電圧を制御することによって、薄板が面
の方向に屈曲変形される。この薄板の屈曲により、この
薄板に対する中央連結部材の接合面が傾いて連結部材の
軸線が傾斜される。この様な動作はアクチュエータユニ
ットを構成する一対の薄板の両面で生じ、したがってこ
の様なアクチュエータユニットを積層して構成される積
層体の軸線が任意屈曲制御されて、2次元もしくは3次
元的な動作が容易に実現される。この場合、複数のアク
チュエータユニットを構成する一対の薄板が中央連結部
材のみによって連結される一対の薄板によって構成さ
れ、中央連結部材の薄板に対する軸線の傾きによって所
定のアクチュエータ動作が実現できるので、中央連結部
材による動きの制約が効果的に排除され、小型化が容易
とされる。In the laminated actuator constructed as above, a plurality of actuator units in which the central portions of a pair of thin plates whose displacement and bending are controlled in the surface direction are connected by the central connecting member are formed as a laminated body. Then, for example, by bonding a piezoelectric element to the surface of a thin plate constituting these laminated bodies, dividing the piezoelectric element into a plurality of regions and setting electrodes, and controlling the applied voltage to these electrodes, It is bent and deformed in the direction. Due to the bending of the thin plate, the joint surface of the central connecting member with respect to the thin plate is inclined and the axis of the connecting member is inclined. Such an operation occurs on both surfaces of a pair of thin plates constituting the actuator unit, and therefore, the axis of the laminated body formed by laminating such actuator units is arbitrarily bent and controlled to perform a two-dimensional or three-dimensional operation. Is easily realized. In this case, a pair of thin plates forming a plurality of actuator units is composed of a pair of thin plates connected only by the central connecting member, and a predetermined actuator operation can be realized by the inclination of the axis of the central connecting member with respect to the thin plates. The restriction of movement by the member is effectively removed, and the miniaturization is facilitated.
【0009】[0009]
【実施例】以下、図面を参照してこの発明の一実施例を
説明する。図1は積層型アクチュエータの断面構成を示
すもので、複数のアクチュエータユニット111 、112 、
…を順次積層して構成される。アクチュエータユニット
111 、112 、…は、それぞれ第1の薄板121 、122 、…
および第2の薄板131 、132 、…によって構成されるも
ので、対向設定される第1の薄板121 (122、123 、…)
と、第2の薄板131(132 、133 、…) とのそれぞれの
相互間は、中央連結支柱141 、142 、…によって連結さ
れ、全体が一体化される。ここで、この積層体の一方の
端部分である第1のアクチュエータユニット111 の外
側、およびこの積層体の反対側の端部には、それぞれ1
枚の薄板120 および12n が配設されている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a cross-sectional structure of a laminated actuator, which includes a plurality of actuator units 111, 112,
It is configured by sequentially stacking. Actuator unit
111, 112, ... are the first thin plates 121, 122 ,.
And the second thin plates 131 1, 132, ..., Which are set to face each other, the first thin plates 121 (122, 123, ...).
, And the second thin plates 131 (132, 133, ...) Are connected to each other by central connecting columns 141, 142 ,. Here, the outside of the first actuator unit 111, which is one end portion of this laminated body, and the end portion on the opposite side of this laminated body, are respectively 1
A number of thin plates 120 and 12n are arranged.
【0010】図2ないし図4は、積層される各アクチュ
エータユニット111 、112 、…それぞれを構成するため
の基本構造を、その製造順位にしたがって説明する。ま
ず図2は、第1の薄板121 を構成するための基本構造体
を示すもので、この基本構造体は円形状の金属板20で構
成される。この金属板20の外周縁部にはリング状の連結
部材が配設され、例えば金属板20の中心点から等しい角
度で放射状に延びる3分割位置で(図示せず)、ロー付
け等によりこのリング状連結部材と金属板20とを接合す
る。2 to 4 explain the basic structure for forming each of the actuator units 111, 112, ... First, FIG. 2 shows a basic structure for forming the first thin plate 121. The basic structure is composed of a circular metal plate 20. A ring-shaped connecting member is arranged on the outer peripheral edge of the metal plate 20. For example, at a three-divided position (not shown) radially extending from the center point of the metal plate 20 at the same angle, the ring is joined by brazing. The plate-like connecting member and the metal plate 20 are joined together.
【0011】このリング状連結部材に対しては、そのロ
ー付け部を挟むようにした位置で、金属板20に切り込み
211 〜213 が形成されるように放電加工が施され、リン
グ状部材がカットされて外周部連結支柱221 〜223 が形
成される。すなわち、この外周部連結支柱221 〜223
は、金属製のリングの一部を切り出して構成されるもの
で、金属板20の中心点から等角度で3分割した位置に設
定されている。また、金属板20の外周縁には、さらに連
結支柱221 〜223 のそれぞれ相互間に位置して、配線用
切り欠き231 〜233 が放電加工によって形成される。With respect to this ring-shaped connecting member, cut into the metal plate 20 at a position such that its brazed portion is sandwiched.
Electrical discharge machining is performed so that 211 to 213 are formed, and the ring-shaped member is cut to form outer peripheral connection columns 221 to 223. That is, the outer peripheral connection columns 221-223.
Is formed by cutting out a part of a metal ring, and is set at a position divided into three at an equal angle from the center point of the metal plate 20. Further, wiring notches 231 to 233 are formed on the outer peripheral edge of the metal plate 20 by electrical discharge machining, and are located between the connecting columns 221 to 223, respectively.
【0012】アクチュエータユニット111 、112 、…そ
れぞれは、図1で示したように第1の薄板121 、122 、
…と、この第1の薄板121 、122 、…と同様に構成され
る第2の薄板131 、132 、…との組み合わせによって構
成される。このため、図3で示すように図2で示した第
1の薄板121 、122 、…それぞれを構成する金属板20
と、第2の薄板131 、132 、…それぞれを構成する金属
板24とが平行な状態で対設設定されて、これら一対の金
属板20および24のそれぞれ中心部分を、中央連結支柱14
1 、142 、…によって相互に連結し、アクチュエータユ
ニット111 の基本構造体が形成される。Each of the actuator units 111, 112, ... Has a first thin plate 121, 122, as shown in FIG.
, And second thin plates 131 1, 132, ... And the same as the first thin plates 121 1, 122 ,. Therefore, as shown in FIG. 3, the metal plates 20 constituting each of the first thin plates 121, 122, ... Shown in FIG.
, And the metal plates 24 constituting the second thin plates 131, 132, ... Are set parallel to each other, and the central portions of the pair of metal plates 20 and 24 are respectively connected to the central connecting column 14.
, 142 are connected to each other to form a basic structure of the actuator unit 111.
【0013】金属板20と組み合わされる金属板24も、金
属板20と同様に外周に外周部連結支柱251 〜253 を形成
して構成されるもので、この外周連結支柱251 〜253 は
金属板20の外周連結支柱221 〜223 の位置に対応した位
置に設定され、連結支柱221〜223 それぞれは、対設さ
れた金属板20および24のそれぞれ外側の面に突設され
る。Similarly to the metal plate 20, the metal plate 24 combined with the metal plate 20 is also constructed by forming outer peripheral connecting columns 251-253 on the outer periphery. Are set at positions corresponding to the positions of the outer peripheral connection columns 221 to 223, and the respective connection columns 221 to 223 are provided so as to project on the outer surfaces of the metal plates 20 and 24 that are placed opposite to each other.
【0014】すなわち、第1の薄板121 、122 、…それ
ぞれを構成するための金属板20と、第2の薄板131 、13
2 、…それぞれを構成するための金属板24とが平行な状
態で対設設定され、これら一対の金属板20および24それ
ぞれで構成される薄板121 と131 の組み合わせによっ
て、一組のアクチュエータユニット111 が形成される。
ここで一対の金属板20および24の相互間は、前述したよ
うにその中心軸部分で円柱状の中央連結支柱141 によっ
て一体的に結合されるもので、この中央連結支柱141 は
その両端面がそれぞれ薄板121 および132 をそれぞれ構
成する金属板20および24のそれぞれ中心部に対応する面
に、はんだペースト等によって結合されている。That is, the metal plates 20 for forming the first thin plates 121, 122, ..., And the second thin plates 131, 13 are formed.
2, ... The metal plates 24 for forming each of them are set in parallel with each other, and the combination of the thin plates 121 and 131 composed of the pair of metal plates 20 and 24 respectively forms a set of actuator units 111. Is formed.
Here, the pair of metal plates 20 and 24 are integrally connected to each other by the cylindrical central connecting column 141 at the central axis portion thereof as described above. The metal plates 20 and 24, which form the thin plates 121 and 132, respectively, are joined by solder paste or the like to the surfaces corresponding to the central portions of the metal plates 20 and 24, respectively.
【0015】ここで、積層体を構成するアクチュエータ
ユニット111 、112 、…それぞれを構成する金属板20お
よび24は、それぞれ均一平面の状態でこの面に対して連
結支柱141 の軸線が、それぞれ垂直に設定されるように
なっていて、金属板20および24が面平行に設定される。Here, the metal plates 20 and 24 forming each of the actuator units 111, 112, ... Forming the laminated body are in a uniform plane, and the axes of the connecting columns 141 are perpendicular to the planes. The metal plates 20 and 24 are set parallel to each other.
【0016】金属板20および24のそれぞれ外側の面に
は、同心円状に円板状の圧電素子15および16が接合され
る。この場合、金属板20および24はそれぞれ圧電素子15
および16の全面電極として作用するようになり、圧電素
子15および16ののそれぞれ金属板20および24と反対側の
面には、それぞれ中心点から放射状に延びる線によって
3つに領域分割される電極板261 〜263 を対設する。Disc-shaped piezoelectric elements 15 and 16 are concentrically joined to the outer surfaces of the metal plates 20 and 24, respectively. In this case, the metal plates 20 and 24 are connected to the piezoelectric element 15 respectively.
And 16 on the opposite side of the piezoelectric elements 15 and 16 from the metal plates 20 and 24, respectively, and an electrode divided into three regions by lines extending radially from the center point. The plates 261 to 263 are installed opposite to each other.
【0017】すなわち、金属板20および24それぞれによ
って、第1の薄板121 、122 、…および第2の薄板131
、132 、…にそれぞれ相当する圧電ユニモルフ27およ
び28が形成され、この一対の圧電ユニモルフ27および27
によって、1組のアクチュエータユニットが構成され
る。そして、各アクチュエータユニット111 、112 、…
を構成する圧電ユニモルフ25および26のそれぞれ対応す
る電極板261 〜263 は、配線用切り欠き251 〜253 を介
して配設されるリード線291 〜293 によって接続され
る。That is, the first thin plates 121, 122, ... And the second thin plate 131 are formed by the metal plates 20 and 24, respectively.
, 132, ..., respectively, forming piezoelectric unimorphs 27 and 28 corresponding to the pair of piezoelectric unimorphs 27 and 27, respectively.
A set of actuator units is constituted by. Then, each actuator unit 111, 112, ...
The corresponding electrode plates 261 to 263 of the piezoelectric unimorphs 25 and 26, respectively, are connected by lead wires 291 to 293 arranged via wiring notches 251 to 253.
【0018】ここで、積層体を構成するアクチュエータ
ユニット111 、112 、…それぞれを構成する金属板20お
よび24には、この金属板20および24のそれぞれが均一平
面の状態で、この面に対して中央連結支柱141 の軸線が
それぞれ垂直に設定されるように、この中央連結支柱14
1 が接合されていて、金属板20および24が面平行に設定
される。Here, the metal plates 20 and 24 forming each of the actuator units 111, 112, ... Forming the laminated body are arranged in a uniform plane with respect to the metal plates 20 and 24. Make sure that the axes of the center connecting columns 141 are set vertically,
1 is joined and the metal plates 20 and 24 are set parallel to each other.
【0019】この様に中央連結支柱141 、142 、…それ
ぞれによって連結される一対の金属板20および24でを含
むアクチュエータユニット111 、112 、…が、図1で示
したように順次積層されるもので、積層されるアクチュ
エータユニット111 、112 、…それぞれにおいて、隣接
するアクチュエータユニット111 、112 、…相互で、そ
れぞれの対応する電極が接続される。すなわち、積層さ
れた状態の第1および第2の薄板121 、122 、…および
131 、132 、…(圧電ユニモルフ20、24)それぞれの対
応する電極が、共通に接続される。The actuator units 111, 112, including the pair of metal plates 20 and 24 connected by the central connecting columns 141, 142, ... In this way are sequentially laminated as shown in FIG. In each of the stacked actuator units 111 1, 112, ..., Adjacent actuator units 111 1, 112 ,. That is, the first and second thin plates 121 1, 122, ...
Corresponding electrodes of 131, 132, ... (Piezoelectric unimorphs 20, 24) are commonly connected.
【0020】そして、詳細は図示ていないが各薄板121
、122 、…および131 、132 、…それぞれを構成する
金属板20および24が共通接続され、その共通接続点は点
源31の一方の極に接続される。また電源31の他方の極に
は、各薄板121 、122 、…および131 、132 、…それぞ
れの各対応する電極板261 〜263 それぞれの接続点が、
スイッチ301 〜303 をそれぞれ介して接続され、スイッ
チ301 〜303 を選択的に走査することによって、電極板
261 〜263 に対して電源31からの電圧が選択的に印加さ
れる。Although not shown in detail, each thin plate 121
, 122, ... and 131, 132, .., and the metal plates 20 and 24 respectively constituting them are commonly connected, and the common connection point is connected to one pole of the point source 31. Further, at the other pole of the power source 31, the connection points of the respective electrode plates 261 to 263 of the respective thin plates 121, 122, ... And 131, 132 ,.
The electrode plates are connected through switches 301 to 303, respectively, and the electrodes 301 to 303 are selectively scanned to form an electrode plate.
The voltage from the power supply 31 is selectively applied to the capacitors 261 to 263.
【0021】図5の(A)は、アクチュエータ動作の基
本となる単板の圧電ユニモルフ27のモデルを示したもの
で、この例では円形の金属板35に対して円板状の圧電素
子36が接合され、この圧電素子36の面上にそれぞれ半円
形状の領域2分割する状態の電極板37および38が接合さ
れている。そして、詳細は図示していないが金属板35と
電極板37および38との間に、選択的に制御電圧が印加さ
れるようにする。FIG. 5A shows a model of a single-plate piezoelectric unimorph 27, which is the basis of the actuator operation. In this example, a circular piezoelectric plate 36 is provided for a circular metal plate 35. Electrode plates 37 and 38, which are joined to each other and are divided into two semicircular regions, are joined to the surface of the piezoelectric element 36. Although not shown in detail, the control voltage is selectively applied between the metal plate 35 and the electrode plates 37 and 38.
【0022】このモデルは、金属板35の直径が12m
m、圧電素子36の直径が9mm、金属板35および圧電素
子36の板厚がそれぞれ0.1mmで構成されるもので、
電極37および38に対して250Vの電圧が選択的に印加
されるようにする。この様に電極板37もしくは38に制御
電圧が印加された状態で、金属板35の圧電素子36の接合
されていない面から、この金属板35の変位を測定したと
ころ、同図の(B)で示したような結果を得た。In this model, the diameter of the metal plate 35 is 12 m.
m, the diameter of the piezoelectric element 36 is 9 mm, and the plate thicknesses of the metal plate 35 and the piezoelectric element 36 are each 0.1 mm.
A voltage of 250 V is selectively applied to the electrodes 37 and 38. When the displacement of the metal plate 35 is measured from the surface of the metal plate 35 where the piezoelectric element 36 is not joined in the state where the control voltage is applied to the electrode plate 37 or 38 in this manner, (B) in FIG. The result is as shown in.
【0023】すなわち、一方の電極板(例えば電極板38
のみ) に電圧を印加したとき、同図のAで示すように電
極板38に対応する部分が突出するように変形し、金属板
35の中央部分が傾く。そして、この傾いた部分に中央連
結支柱141 、142 、…の端面が接合されるものであるた
め、この連結支柱141 、142 、…の軸線が金属板35に対
して傾斜するようになり、図1のような積層構造体にお
いて、その傾きが拡大され、全体として軸線が屈曲され
る。また、電極板37および38に等しい電圧が印加される
と、(B)図でBで示すように金属板35が変位する。That is, one electrode plate (for example, the electrode plate 38
When a voltage is applied to the metal plate, the metal plate is deformed so that the portion corresponding to the electrode plate 38 protrudes, as shown by A in FIG.
The central part of 35 tilts. Since the end faces of the central connecting columns 141, 142, ... Are joined to this inclined portion, the axes of the connecting columns 141, 142 ,. In a laminated structure such as No. 1, the inclination is enlarged and the axis is bent as a whole. Further, when the same voltage is applied to the electrode plates 37 and 38, the metal plate 35 is displaced as shown by B in FIG.
【0024】ここで、この変位の特性からも理解できる
ことであるが、中央部の連結支柱の寸法(直径)が大き
すぎると、圧電ユニモルフの変形が効果的に利用できな
い。そして、中央連結支柱141 の金属板に対する連結面
の寸法が、圧電素子36の外径の1/2(変位特性図の中
央領域)以下の状態で、圧電ユニモルフの変形がより効
果的に利用できる。As can be understood from the characteristic of this displacement, if the size (diameter) of the connecting column at the center is too large, the deformation of the piezoelectric unimorph cannot be effectively utilized. The deformation of the piezoelectric unimorph can be more effectively utilized when the size of the connecting surface of the central connecting column 141 with respect to the metal plate is equal to or less than 1/2 the outer diameter of the piezoelectric element 36 (the central region of the displacement characteristic diagram). .
【0025】これまでの実施例においては、一対の圧電
ユニモルフの組み合わせによって1つのアクチュエータ
ユニットを構成するようにしたが、これは圧電ユニモル
フに限らず、圧電バイモルフ等の外部からの信号の制御
によって変形する薄板の組み合わせによっても適宜構成
できる。In the above-mentioned embodiments, one actuator unit is constituted by a combination of a pair of piezoelectric unimorphs, but this is not limited to the piezoelectric unimorph, but is modified by controlling a signal from the outside such as a piezoelectric bimorph. It can also be appropriately configured by a combination of thin plates.
【0026】図6は外部からの信号の制御によって変形
する薄板として利用できるバイメタル41を示すもので、
熱膨張率の相違する第1の金属板42と第2の金属板43と
を接合することによって、円板状のバイメタル41を構成
する。そして、この円板状のバイメタル40の面上に、絶
縁層44を介して3つの第1ないし第3の領域に分割する
ようにしてヒータ配線451 〜453 を施すもので、ヒータ
配線45(451 〜453 )に対して選択的に加熱電流を供給
することにより、任意面が変位屈曲される薄板が構成さ
れる。バイメタルに代わり形状記憶合金の使用も考えら
れる。FIG. 6 shows a bimetal 41 which can be used as a thin plate which is deformed by the control of a signal from the outside.
The disc-shaped bimetal 41 is configured by joining the first metal plate 42 and the second metal plate 43 having different thermal expansion coefficients. Then, heater wirings 451 to 453 are provided on the surface of the disc-shaped bimetal 40 so as to be divided into three first to third regions with an insulating layer 44 interposed therebetween. ~ 453), a thin plate whose arbitrary surface is displaced and bent is constructed by selectively supplying a heating current. The use of shape memory alloy instead of bimetal is also conceivable.
【0027】これまでの実施例では屈曲変位される一対
の薄板を、その外周部の均等に分割される位置に設定し
た3個の外周連結支柱によって結合し、アクチュエータ
ユニットを構成するようにしたが、この外周連結支柱の
数は適宜選定できるものであり、また外周の全体を結合
する1個のリング状部材によって構成することも可能で
ある。また、中央連結支柱141 も円柱状に限らず、図7
で示すようにリング状部材で構成することも可能であ
り、また一対の薄板の中央部のみを直接接続し、この接
続部を中央連結部材として機能させることも可能であ
る。In the above-described embodiments, the pair of thin plates that are bent and displaced are combined by the three outer peripheral connecting columns that are set at the positions where the outer peripheral portions are evenly divided to form the actuator unit. The number of the outer peripheral connecting columns can be appropriately selected, and it is also possible to configure the outer peripheral connecting columns by a single ring-shaped member that joins the entire outer periphery. Further, the central connecting column 141 is not limited to the columnar shape, as shown in FIG.
It is also possible to configure it with a ring-shaped member as shown in, and it is also possible to directly connect only the central portions of the pair of thin plates and make this connecting portion function as the central connecting member.
【0028】[0028]
【発明の効果】以上のようにこの発明に係る積層型アク
チュエータによれば、簡単なプロセスによって伸縮さら
に屈曲動作可能なアクチュエータが構成されるものであ
り、一対の圧電ユニモルフのような薄板の組み合わせに
よってアクチュエータユニットを構成する場合、この薄
板相互を連結する連結部材による薄板の変形動作に対す
る影響を確実に少なくすることができる。したがって微
細化しても充分に大きな変位量を得ることが可能とされ
る。As described above, according to the laminated actuator according to the present invention, an actuator capable of expanding and contracting and bending can be constructed by a simple process, and a combination of thin plates such as a pair of piezoelectric unimorphs can be used. When configuring the actuator unit, it is possible to surely reduce the influence of the connecting member that connects the thin plates on the deformation operation of the thin plates. Therefore, it is possible to obtain a sufficiently large displacement amount even if the device is miniaturized.
【図1】この発明の一実施例に係る積層型アクチュエー
タの側面方向から見た構成を説明する図。FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a laminated actuator according to an embodiment of the present invention as viewed from a side surface direction.
【図2】前記アクチュエータを構成するアクチュエータ
ユニットの一方の薄板を構成する金属板を説明する図。FIG. 2 is a diagram illustrating a metal plate that constitutes one thin plate of an actuator unit that constitutes the actuator.
【図3】同じく一対の金属板の組み合わせ状態を説明す
る図。FIG. 3 is a view for explaining a combined state of a pair of metal plates.
【図4】同じくこの一対の金属板で構成される圧電ユニ
モルフの組み合わせ状態を説明する図。FIG. 4 is a view for explaining a combined state of piezoelectric unimorphs similarly composed of the pair of metal plates.
【図5】圧電ユニモルフの変位特性モデルを説明する
図。FIG. 5 is a diagram illustrating a displacement characteristic model of a piezoelectric unimorph.
【図6】(A)はアクチュエータユニットを構成する薄
板の他の例を説明する図、(B)はその断面構成図。FIG. 6A is a diagram illustrating another example of a thin plate that constitutes an actuator unit, and FIG. 6B is a cross-sectional configuration diagram thereof.
【図7】中央連結支柱の他の例を示すもので、(A)は
平面図、(B)は側面図。7A and 7B show another example of the central connecting column, where FIG. 7A is a plan view and FIG. 7B is a side view.
111 、112 、…アクチュエータユニット、121 、122 、
…、131 、132 、…第1および第2の薄板、141 、142
、…中央連結支柱、15、16…圧電素子、20、24…金属
板、211 、212 、…切り込み、221 〜223 、 231 〜23
3 …配線用切り欠き、251 〜253 …外周連結支柱、261
〜263 …電極板、 27、28…圧電ユニモルフ、291 〜29
3 リード線、41…バイメタル、42、43…金属板、44…絶
縁層、45、451 〜453 …ヒータ配線。111, 112, ... Actuator unit, 121, 122,
..., 131, 132, ... first and second thin plates, 141, 142
..., central connection column, 15, 16 ... Piezoelectric element, 20, 24 ... Metal plate, 211, 212, ... Notch, 221-223, 231-23
3… Wiring notch, 251 to 253… Perimeter connection post, 261
~ 263 ... Electrode plate, 27, 28 ... Piezoelectric unimorph, 291 ~ 29
3 Lead wire, 41 ... Bimetal, 42, 43 ... Metal plate, 44 ... Insulating layer, 45, 451-453 ... Heater wiring.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井戸垣 孝治 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本 電装株式会社内 (56)参考文献 特開 平7−193289(JP,A) 特開 平5−304324(JP,A) 特開 平1−235288(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 41/09 ─────────────────────────────────────────────────── --- Continued from the front page (72) Inventor, Koji Idagaki, 1-1, Showa-cho, Kariya city, Aichi, Japan, Denso Co., Ltd. (56) Reference JP-A-7-193289 (JP, A) JP-A-5 -304324 (JP, A) JP-A-1-235288 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 41/09
Claims (7)
屈曲変形される一対の薄板を平行状態に対向設定し、こ
の薄板の中央部分の相互間を結合する中央連結部材を含
み構成した複数のアクチュエータユニットと、 この複数のアクチュエータユニットを順次所定の間隔で
積層配置し、対向設定される一対の薄板の外周部相互を
結合し、積層構造体を形成する少なくとも1個の周辺連
結部材とを具備し、 前記アクチュエータユニットを構成する前記薄板の屈曲
変形に伴い、前記中央連結部材との連結面が前記薄板の
面に対して傾けられ、前記積層された複数のアクチュエ
ータユニットの積層体の軸線が屈曲されるようにしたこ
とを特徴とする積層型アクチュエータ。1. A plurality of thin plates that are bent and deformed in the direction of a surface based on a control signal from the outside are set to face each other in a parallel state, and a plurality of central connecting members for connecting the central portions of the thin plates to each other are included. Actuator unit and at least one peripheral connecting member forming a laminated structure by sequentially arranging a plurality of actuator units at predetermined intervals and connecting the outer peripheral portions of a pair of thin plates set to face each other. According to the bending deformation of the thin plates constituting the actuator unit, the connecting surface with the central connecting member is tilted with respect to the surface of the thin plate, and the axis of the stacked body of the plurality of stacked actuator units is A laminated actuator characterized by being bent.
に対応して設定される環状の部材によって構成されるよ
うにした請求項1記載の積層型アクチュエータ。2. The laminated actuator according to claim 1, wherein the peripheral connecting member is constituted by an annular member set corresponding to an outer peripheral portion of the thin plate.
に対応して設定される環状部材を複数に分割して構成さ
れる複数の支柱部材によって構成されるようにした請求
項1記載の積層型アクチュエータ。3. The support member according to claim 1, wherein the peripheral connecting member is composed of a plurality of pillar members configured by dividing an annular member set corresponding to an outer peripheral portion of the thin plate into a plurality of parts. Multilayer actuator.
に接合される円柱体によって構成されるようにした請求
項1記載の積層型アクチュエータ。4. The laminated actuator according to claim 1, wherein the central connecting member is constituted by a cylindrical body having an end surface joined to the thin plate surface.
属板の面に接合される圧電素子と、この圧電素子の面を
複数の領域に区分するように領域分割して形成された複
数の電極板とを含む圧電ユニモルフによって構成され、
前記電極板と金属板との間に選択的に制御電圧が印加さ
れるようにした請求項1記載の積層型アクチュエータ。5. The thin plate includes a metal plate, a piezoelectric element bonded to a surface of the metal plate, and a plurality of regions formed by dividing the surface of the piezoelectric element into a plurality of regions. Composed of a piezoelectric unimorph including an electrode plate,
The laminated actuator according to claim 1, wherein a control voltage is selectively applied between the electrode plate and the metal plate.
る複数の金属材料で構成された複数の板材の接合体から
なるバイメタルと、このバイメタル面に区分される複数
の領域にそれぞれ対応設定されるヒータ部材とを含み構
成され、このヒータ部材それぞれに選択的に加熱電流が
供給制御され、面の方向に屈曲変形されるようにした請
求項1記載の積層型アクチュエータ。6. The thin plate is set to correspond to a bimetal, which is a joined body of a plurality of plate materials made of a plurality of metal materials having different thermal expansion coefficients, and a plurality of regions divided into the bimetal surfaces. 2. The laminated actuator according to claim 1, further comprising a heater member, wherein heating current is selectively controlled to be supplied to each of the heater members so that the heater member is bent and deformed in a direction of a surface.
形する部分の寸法の1/2以下の寸法で前記薄板に対す
る連結面が設定されるようにした請求項1記載の積層型
アクチュエータ。7. The laminated actuator according to claim 1, wherein the central connecting member has a connecting surface with respect to the thin plate that is set to have a dimension that is ½ or less of a dimension of a portion of the thin plate that is bent and deformed.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15615095A JP3480127B2 (en) | 1995-06-22 | 1995-06-22 | Stacked actuator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP15615095A JP3480127B2 (en) | 1995-06-22 | 1995-06-22 | Stacked actuator |
Publications (2)
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|---|---|
| JPH098372A JPH098372A (en) | 1997-01-10 |
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Family
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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|---|---|---|---|---|
| JP4586501B2 (en) * | 2004-11-05 | 2010-11-24 | Tdk株式会社 | Piezoelectric actuator device |
-
1995
- 1995-06-22 JP JP15615095A patent/JP3480127B2/en not_active Expired - Fee Related
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