(57)【要約】【課題】圧電性膜の収縮力をその伸縮方向と直交する方向に作用させるアクチュエータを得る。【解決手段】所定間隔で対向配置された弾性体と、上記弾性体の間に、上記弾性体が伸縮可能な状態で設けられた可動子とを備え、上記弾性体の少なくとも一方が伸縮領域を挟み又は囲むように周辺領域が支持部材に支持された圧電性膜であり、上記圧電性膜に通電されとき又は遮電されたときの伸縮によりこの伸縮方向と略直交する方向に上記可動子が移動するように形成した。【選択図】図２
2010148168.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定間隔で対向配置された弾性体と、
上記弾性体の間に、上記弾性体が伸縮可能な状態で設けられた可動子とを備え、
上記弾性体の少なくとも一方が、伸縮領域を挟み又は囲むように周辺領域が支持部材に支持された圧電性膜であり、
上記圧電性膜に通電されとき又は遮電されたときの伸縮によりこの伸縮方向と略直交する方向に上記可動子が移動するように形成されていることを特徴とする圧電性膜を用いたアクチュエータ。
【請求項２】
請求項１記載の圧電性膜を用いたアクチュエータにおいて、上記圧電性膜は、通電時に延伸するように変形する圧電材料により形成されている圧電性膜を用いたアクチュエータ。
【請求項３】
請求項１又は２記載の圧電性膜を用いたアクチュエータにおいて、上記圧電性膜には、上記伸縮領域の中央領域に電極膜が形成されている圧電性膜を用いたアクチュエータ。
【請求項４】
請求項３記載の圧電性膜を用いたアクチュエータにおいて、上記電極膜は、上記伸縮領域の伸縮に伴って伸縮する素材で形成されている圧電性膜を用いたアクチュエータ。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項記載の圧電性膜を用いたアクチュエータにおいて、上記可動子は、上記所定間隔よりも長いことを特徴とする圧電性膜を用いたアクチュエータ。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項記載の圧電性膜を用いたアクチュエータにおいて、上記各圧電性膜と上記可動子とは、上記圧電性膜に形成された保護膜を介して接触する圧電性膜を用いたアクチュエータ。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項記載の圧電性膜を用いたアクチュエータにおいて、上記支持部材は、中空の本体部と、本体部の中空部を挟んで本体部の両端に上記圧電性膜を固定する、中空の押え部材とを備え、上記可動子は、上記本体部の中空部内に収容されている圧電性膜を用いたアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置制御装置、制振装置に適した、圧電性膜を用いたアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧電性膜（人工筋肉）を用いたアクチュエータが種々提案されている（特許文献１）。従来の圧電性膜を用いたアクチュエータは、その収縮力を、先ずその伸縮方向と一致する方向又は平行な方向に作用させる構成であった。
【特許文献１】特開２００６-２３４０３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら従来の圧電性膜を用いたアクチュエータにおいて、その伸縮力と直交する方向に作用させるものが無かった。
そこで本発明は、圧電性膜の収縮力をその伸縮方向と直交する方向に作用させるアクチュエータを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
かかる課題を解決する本発明の圧電性膜を用いたアクチュエータは、所定間隔で対向配置された弾性体と、上記弾性体の間に、上記弾性体が伸縮可能な状態で設けられた可動子とを備え、上記弾性体の少なくとも一方が伸縮領域を挟み又は囲むように周辺領域が支持部材に支持された圧電性膜であり、上記圧電性膜に通電されとき又は遮電されたときの伸縮によりこの伸縮方向と略直交する方向に上記可動子を移動するように形成したことに特徴を有する
【０００５】
圧電性膜は、通電時に延伸するように変形する圧電材料により形成することが好ましい。より実際的には、上記各圧電性膜には、上記伸縮領域の中央領域に電極膜が形成される。好ましくは、上記電極膜は、上記伸縮領域の伸縮に伴って伸縮する素材で形成する。
【０００６】
上記可動子は、上記所定間隔よりも長く形成する。さらに上記各圧電性膜と上記可動子とは、上記圧電性膜に形成された保護膜を介して接触するように形成する。保護膜も同様に伸縮し、かつ滑り摩擦係数が小さい素材で形成することが好ましい。このような保護膜を形成することで、圧電性膜の摩耗を防止し、寿命を延ばすことが可能になる
【０００７】
支持部材は、中空の本体部と、本体部の中空部を挟んで本体部の両端に上記圧電性膜を固定する、中空の押え部材とを備え、上記可動子は、上記本体部の中空部内に収容される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、対向する弾性体の間にそれぞれが引き延ばされた状態で可動子を挟み、一方の弾性体となる圧電性膜を延伸させたときには可動子が他方の弾性体の収縮力によりこれらの伸縮方向と略直交する方向に移動し、一方の圧電性膜が収縮するときは可動子が他方の弾性体を引き伸ばしながらこれらの伸縮方向と略直交する方向に移動するので、圧電性膜の伸縮方向と直交する方向の駆動力を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明について、添付図面に示した実施形態を参照して説明する。図１は、同実施形態の圧電性膜を用いたアクチュエータを分解した状態で示す正面図、図２は同アクチュエータを一部縦断して示す断面図、図３は同アクチュエータの平面図である。
【００１０】
この実施形態では、圧電性膜は、布状に形成された第１圧電性膜１１と第２圧電性膜１５を備えている。圧電性膜１１、１５は弾性を有し、絶縁性の材料（絶縁性高分子）によって形成されている。
【００１１】
第１、第２圧電性膜１１、１５は、中央に円形の中空部２１ａ、２５ａが形成された板状の第１押え枠２１、第２押え枠２５によって、中空部２１ａ、２５ａと同形の中空分２３ａを有する本体２３の両端に挟持される。つまり、中空部２３ａの上下を塞ぐように、第１圧電性膜１１は第１押え枠２１と本体２３の間に、第２筋肉膜１５は本体２３と第２押え枠２５の間に挟圧保持される。第１、第２圧電性膜１１、１５の間であって、中空部２３ａ内に、可動子としてバー３１が挿入されている。このバー３１は、対向する圧電性膜１１、１５の間隔よりも長く（高く）形成されていて、第１、第２押え枠２１、２５が本体２３に固定された状態では、圧電性膜１１、１５の中央領域１１ａ、１５ａを中空部２１ａ、２５ａの外方に膨出させる状態で保持されている。つまり、非通電（遮電）状態では、第１、第２圧電性膜１１、１５の弾性収縮力が平衡状態に保持されている。
【００１２】
第１、第２押え枠２１、２５及び本体２３の平面形状は正方形に形成されているが、中空部２１ａ、２５ａ、２３ａと同心の円形でもよいし、形状は特に限定されない。また、本体２３の中空部２３ａのみ他の中空部２１ａ、２５ａよりも小径に形成してもよい。この構成により、バー３１の倒れ、ブレの防止、又はバー３１の移動ガイドが可能になる。
【００１３】
圧電性膜１１、１５の伸縮領域１１ａ、１５ａには、中央領域に電極膜１２、１３、電極膜１６、１７が形成されている。これらの電極膜１２、１３、電極膜１６、１７は導電性ゴム、又は金属板で形成される。圧電性膜１１、１５は、電極膜１２、１３間、又は電極膜１６、１７間に直流電流が流されると（通電されると）、電極膜１２、１３間、又は電極膜１６、１７と接している部分が薄くなり、延伸する。つまり、一方の圧電性膜１１、１５に通電すると、通電されていない方の圧電性膜１１、１５（伸縮領域１１ａ、１５ａ）の弾性復元力によってバー３１を延伸した方の圧電性膜方向に移動させようとする力が発生する。つまりこの実施形態では、一方の電極膜１２、１３又は電極膜１６、１７に通電することで、バー３１を上下方向に昇降移動させることができる。この実施形態では、このバー３１が移動する力を押圧力又は牽引力とするアクチュエータとして利用できる。
【００１４】
バー３１と接触する電極膜１２、１６は、滑り摩擦係数が小さい素材で形成することが好ましいが、低滑り摩擦係数の素材を表面にコーティングしてもよい。
【００１５】
なお、第１、第２圧電性膜１１、１５は、その周辺領域１１ｂ、１５ｂが第１、第２押え枠２１、２５の中空部２１ａ、２５ａを囲む外周面２１ｂ、２５ｂに予め固定される。そうして、第１、第２圧電性膜１１、１５に通電して延伸させて、第１、第２圧電性膜１１、１５の間にバー３１を介在させた状態で、第１、第２押え枠２１、２５が本体２３に押しつけられ、周辺領域１１ｂ、１５ｂが挟圧された状態でボルト締め等によって固定され、遮断される。これにより、第１、第２圧電性膜１１、１５の伸縮領域１１ａ、１５ａが膨出した状態に保持される。
【００１６】
バー３１は、中実の円柱又は両端が塞がれた中空の円筒体であって、当接膜１２、１６に接触する端面の少なくとも角部は丸められている。なお、バー３１は電気が流れない素材、構造であればよく、電極と接触する部分が絶縁処理されていれば金属であってもよい。
【００１７】
図４は、同アクチュエータ１０に駆動系を接続した実施例を示すブロック図である。この実施例は、バー３１を、圧電性膜１１、１５と直交する方向（可動方向）の位置を所定位置に保つ、位置制御装置に適用した実施例である。位置制御装置は、バー３１の位置をフィードバック制御する一組の位置制御回路４３、４５を備えている。これらの位置制御回路４３、４５は、バー３１の可動方向位置変動を検出する位置センサを内蔵し、位置センサの出力に応じた信号を電源回路４１に出力する。電源回路４１は、位置制御回路４３、４５の出力差に応じて第１又は第２圧電性膜１１、１５に通電して延伸させ、バー３１を可動方向に移動させて、バー３１の可動方向位置を一定に保っている。
【００１８】
位置制御回路４３、４５の他の実施形態では、センサとして、圧力センサ、ポテンショメータを使用する。圧力センサを用いれば、圧力が一定となるようにアクチュエータ１０を動作させることができる。
【００１９】
以上の実施形態では、対向する両方を圧電性膜としたが、一方は圧電性膜、他方は弾性部材、例えばゴム膜でもよい。図５には、下方は第２圧電性膜１５であるが、上方をゴム膜１８とした場合の実施例の概要を示した。
図５（Ａ）に示した実施例では、非通電の第２圧電性膜１５とゴム膜１８とがロッド３１により引き延ばされた平衡状態で静止している。この静止状態において第２圧電性膜１５に通電すると、第２圧電性膜１５が延伸して薄膜化し、ゴム膜１８の弾性収縮力により押されたロッド３１が下方に第２圧電性膜１５を引き伸ばしながら移動し、上下方向に作用する力が平衡した位置で停止する（図５（Ｂ））。
【００２０】
一方、図５（Ｂ）に示した平衡状態において、第２圧電性膜１５の通電を遮断すると、第２圧電性膜１５が収縮して厚くなり、その収縮力によってロッド３１が上方にゴム膜１８を引き伸ばしながら上昇して、上下方向に作用する力が平衡した位置で停止する（図５（Ｃ））。つまり、図５（Ａ）に示した初期位置に戻る。
【００２１】
この実施形態では１個のアクチュエータ１０により駆動する構成を示したが、他の実施形態ではこのアクチュエータ１０をバー３１の可動方向に積層してもよい。その場合電極膜１３、１７は、絶縁材を挟んで接触させる。
【００２２】
第１、第２圧電性膜１１、１５は同一仕様でもよいが、重力方向で下に位置する方のヤング率を高く（弾性収縮力を強く）形成してもよい。この構成により、重力（荷重）を相殺することができる。
また本発明は、第１、第２圧電性膜１１、１５の一方をばね部材、例えば圧縮コイルバネにして、バー３１を常時圧電性膜方向に弾性付勢する構成としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明は、バー３１が第１、第２圧電性膜１１、１５と直交する方向に移動する力を押圧力又は牽引力とするアクチュエータとして利用できる。例えば、バー３１により制振台を保持して、バー３１の可動方向の位置を所定位置に保つ、位置制御装置や制振装置に適用できる。なお、バー３１を連続的に往復移動させると、振動子としても利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明を適用した圧電性膜を用いたアクチュエータの実施形態を、分解して支持部材を縦断して示す正面図である。
【図２】同実施形態を組み立てた状態で、図３の切断線II-IIに沿って支持部材を縦断して示す正面図である。
【図３】同実施形態を組み立てた状態の平面図である。
【図４】同実施形態に駆動系を接続した実施例を示すブロック図である。
【図５】同アクチュエータの他の実施例の概要を示す図であって、（Ａ）は非通電状態を、（Ｂ）は通電した状態を、（Ｃ）は通電を遮断した状態を示す図である。
【符号の説明】
【００２５】
１０  アクチュエータ
１１  第１圧電性膜
１１ａ  中央領域
１１ｂ  周辺領域
１２  当接膜
１３  電極膜
１５  第２圧電性膜
１５ａ  中央領域
１５ｂ  周辺領域
１６  当接膜
２１  第１押え枠
２１ａ  中空部
２１ｂ  外周面
２３  本体
２５  第２押え枠
２５ａ  中空部
２５ｂ  外周面
３１  バー（可動子）
【図１】
2010148168.tif 000003
【図２】
2010148168.tif 000004
【図３】
2010148168.tif 000005
【図４】
2010148168.tif 000006
【図５】
2010148168.tif 000007