(57)【要約】【課題】伸縮素子に給電するためのリード線により薄型化が妨げられることのないアクチュエータを提供する。【解決手段】アクチュエータ１００は、伸縮素子１と、固定部材である与圧機構１０と、変位拡大機構２０とを有する。与圧機構１０のヘッド部１１ｂと変位拡大機構２０の取り付け部材２１ｂとは、軸方向に貫通孔４０ａを有する中空ネジ４０により締結され、伸縮素子１のリード線３は、中空ネジ４０の貫通孔４０ａを通って外部に引き出される。【選択図】図３
2017225221.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
給電されることにより所定方向に伸縮変位する伸縮素子と、
前記伸縮素子の端部が固定される固定部材と
を有するアクチュエータであって、
前記伸縮素子は、給電のためのリード線が接続され、前記リード線は、前記固定部材の内部を通って引き出されることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
前記固定部材は、軸方向に貫通孔を有する中空ネジにより他の部材に締結され、前記リード線は、前記中空ネジの貫通孔を通って引き出されることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記固定部材は、前記伸縮素子の伸縮方向に圧縮力を与える与圧機構であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記固定部材は、前記伸縮素子の伸縮方向に圧縮力を与える与圧機構であり、前記他の部材は、前記与圧機構の外側に設けられ、前記伸縮素子の変位を拡大する変位拡大機構であることを特徴とする請求項２に記載のアクチュエータ。
【請求項５】
前記固定部材は、前記伸縮素子の変位を拡大する変位拡大機構であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアクチュエータ。
【請求項６】
給電されることにより所定方向に伸縮変位する伸縮素子と、前記伸縮素子の端部が固定される固定部材とを有するアクチュエータにおいて、前記伸縮素子のリード線を引き出す伸縮素子のリード線引き出し方法であって、
前記リード線を前記固定部材の内部を通って引き出すことを特徴とする伸縮素子のリード線引き出し方法。
【請求項７】
前記固定部材を、軸方向に貫通孔を有する中空ネジにより他の部材に締結し、前記リード線を、前記中空ネジの貫通孔を通って引き出すことを特徴とする請求項６に記載の伸縮素子のリード線引き出し方法。
【請求項８】
前記固定部材は、前記伸縮素子の伸縮方向に圧縮力を与える与圧機構であることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の伸縮素子のリード線引き出し方法。
【請求項９】
前記固定部材は、前記伸縮素子の伸縮方向に圧縮力を与える与圧機構であり、前記他の部材は、前記与圧機構の外側に設けられ、前記伸縮素子の変位を拡大する変位拡大機構であることを特徴とする請求項７に記載の伸縮素子のリード線引き出し方法。
【請求項１０】
前記固定部材は、前記伸縮素子の変位を拡大する変位拡大機構であることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の伸縮素子のリード線引き出し方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子のような伸縮素子と、伸縮素子の端部を固定する固定部材とを有するアクチュエータ、および伸縮素子のリード線引き出し方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
何かを「動かす」ための機構であるアクチュエータは、各種産業機械、自動車、航空機、医療関連機器を始め、身の回りの電気製品に至るまで、あらゆるものに利用されている。アクチュエータは、例えば、産業機構においてはソレノイドやエアバルプ等、パソコンにおいてはハードディスクドライブに対して読み取りおよび書き込みを行うための磁気チップを移動させる移動機構等、また、携帯電話においては振動を発生するバイブレーションモータ等として利用されている。
【０００３】
圧電素子等の伸縮素子を実際のアクチュエータ等に適用する場合、素子の端部は固定部材に固定される。固定部材の例としては、圧電素子の変位を拡大する変位拡大機構（特許文献１）や、圧電素子に予め圧縮力を与える与圧機構（特許文献２）を挙げることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−４８９５５号公報
【特許文献２】特開２０１６−３４２２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、圧電素子のような伸縮素子は、電圧を印加されることにより伸縮するため、給電のためのリード線が必要である。伸縮素子が固定部材により固定されている場合、通常、伸縮素子のリード線は固定部材の外側を通って引き出される。
【０００６】
しかしながら、薄型化が要求されるアクチュエータでは固定部材の外側を通るリード線自体が薄型化を妨げる場合がある。
【０００７】
したがって、本発明は、伸縮素子に給電するためのリード線により薄型化が妨げられることのないアクチュエータ、および伸縮素子のリード線引き出し方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明は、以下の（１）〜（１０）を提供する。
【０００９】
（１）給電されることにより所定方向に伸縮変位する伸縮素子と、
前記伸縮素子の端部が固定される固定部材と
を有するアクチュエータであって、
前記伸縮素子は、給電のためのリード線が接続され、前記リード線は、前記固定部材の内部を通って引き出されることを特徴とするアクチュエータ。
【００１０】
（２）前記固定部材は、軸方向に貫通孔を有する中空ネジにより他の部材に締結され、前記リード線は、前記中空ネジの貫通孔を通って引き出されることを特徴とする（１）に記載のアクチュエータ。
【００１１】
（３）前記固定部材は、前記伸縮素子の伸縮方向に圧縮力を与える与圧機構であることを特徴とする（１）または（２）に記載のアクチュエータ。
【００１２】
（４）前記固定部材は、前記伸縮素子の伸縮方向に圧縮力を与える与圧機構であり、前記他の部材は、前記与圧機構の外側に設けられ、前記伸縮素子の変位を拡大する変位拡大機構であることを特徴とする（２）に記載のアクチュエータ。
【００１３】
（５）前記固定部材は、前記伸縮素子の変位を拡大する変位拡大機構であることを特徴とする（１）または（２）に記載のアクチュエータ。
【００１４】
（６）給電されることにより所定方向に伸縮変位する伸縮素子と、前記伸縮素子の端部が固定される固定部材とを有するアクチュエータにおいて、前記伸縮素子のリード線を引き出す伸縮素子のリード線引き出し方法であって、
前記リード線を前記固定部材の内部を通って引き出すことを特徴とする伸縮素子のリード線引き出し方法。
【００１５】
（７）前記固定部材を、軸方向に貫通孔を有する中空ネジにより他の部材に締結し、前記リード線を、前記中空ネジの貫通孔を通って引き出すことを特徴とする（６）に記載の伸縮素子のリード線引き出し方法。
【００１６】
（８）前記固定部材は、前記伸縮素子の伸縮方向に圧縮力を与える与圧機構であることを特徴とする（６）または（７）に記載の伸縮素子のリード線引き出し方法。
【００１７】
（９）前記固定部材は、前記伸縮素子の伸縮方向に圧縮力を与える与圧機構であり、前記他の部材は、前記与圧機構の外側に設けられ、前記伸縮素子の変位を拡大する変位拡大機構であることを特徴とする（７）に記載の伸縮素子のリード線引き出し方法。
【００１８】
（１０）前記固定部材は、前記伸縮素子の変位を拡大する変位拡大機構であることを特徴とする（６）または（７）に記載の伸縮素子のリード線引き出し方法。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、伸縮素子のリード線は、伸縮素子の端部が固定される固定部材の内部を通って引き出されるので、伸縮素子に給電するためのリード線により薄型化が妨げられることがない。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るアクチュエータを示す平面図である。
【図２】図１のアクチュエータを示すＩＩ−ＩＩ線による断面図である。
【図３】図１のアクチュエータの要部を示す断面図である。
【図４】従来のアクチュエータのリード線の引き出し形態を示す斜視図である。
【図５】本発明の実施形態に係るアクチュエータのリード線の引き出し形態を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は本発明の第１の実施形態に係るアクチュエータを示す平面図、図２は図１のアクチュエータを示すＩＩ−ＩＩ線による断面図である。
である。
アクチュエータ１００は、図１に示すように、所定方向に伸縮する伸縮素子１と、伸縮素子に与圧を与える与圧機構１０と、伸縮素子の変位を拡大する変位拡大機構２０とを有する。
【００２２】
伸縮素子１は、例えば、１０ｍｍ×１０ｍｍの板状の圧電体が電極を挟んで複数積層されて任意の長さ、例えば４０ｍｍの長さにされた直方体をなす圧電素子として構成されている。伸縮素子１を構成する圧電素子は、図２に示すように、その側面に２つの電気端子２を備えており、電気端子２にはそれぞれリード線３が接続されている。そして、外部の電源（図示せず）からリード線３および電気端子２を介して伸縮素子１に電圧が印加されるようになっており、伸縮素子１は電圧の印加により伸長するようになっている。圧電体を構成する圧電材料としては、圧電効果を有するセラミック材料が用いられ、そのような材料として、典型的にはチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３；ＰＺＴ）を挙げることができる。伸縮素子１の形状は直方体に限らず、例えば三角柱や六角柱等の多角柱であっても、円柱であってもよい。なお、伸縮素子１としては圧電素子に限らず、所定方向に伸縮する素子であればよく、磁界に応じて変位する磁歪素子、温度に応じて変位する形状記憶合金素子等を用いることができる。これらを用いる場合は、電圧を適宜の手段で磁界や温度に変換して用いることにより電圧に応じた変位を実現することができる。
【００２３】
与圧機構１０は、伸縮素子１が引張力に対して弱いセラミック材料からなる場合に、伸縮素子１から生じる力に対して１／５〜１／２程度の圧縮力を与えておくためのものであり、伸縮素子１の伸縮方向（長さ方向）の一端面および他端面に接着により固定された一対のヘッド部１１ａ，１１ｂと、これら一対のヘッド部１１ａおよび１１ｂの間に架け渡されるように設けられた直線状をなす２本の圧縮力付与部１２とを有している。ヘッド部１１ａ，１１ｂと圧縮力付与部１２は一体となっている。
【００２４】
伸縮素子１を与圧機構１０に装着する際には、与圧機構１０に対して、伸縮素子１の伸長方向に引張力を作用させて圧縮力付与部１２を伸長させた状態で伸縮素子２を一対のヘッド部１１ａ，１１ｂ間に装着し、その後、引張力を解除する。これにより、伸縮素子１に引張力に対応する圧縮力が付与された状態とされる。
【００２５】
ヘッド部１１ａおよび１１ｂには、それぞれ、与圧機構１０と変位拡大機構２０とを締結するためのネジが螺合されるネジ穴１３ａおよび１３ｂが形成されている。
【００２６】
変位拡大機構２０は、可撓性を有するヒンジを備えたヒンジ機構として構成され、伸縮素子１の変位が伝達され、伸縮素子の変位方向と直交する方向に拡大された変位を出力するものであり、伸縮素子１の両側を覆うように設けられている。
【００２７】
変位拡大機構２０は、伸縮素子１の長さ方向の一端面および他端面において、与圧機構１０のヘッド部１１ａ，１１ｂの外側部分にそれぞれ取り付けられる一対の取り付け部材２１ａ，２１ｂと、一対の取り付け部材２１ａ，２１ｂを連結するように、伸縮素子１の一方側および他方側に設けられた第１変位伝達部２２ａおよび第２変位伝達部２２ｂを有している。
【００２８】
第１の変位伝達部材２２ａは、取り付け部材２１ａおよび２１ｂの一方側にそれぞれヒンジ２３ａおよび２９ａを介して接続された、アーム部材２４ａおよび２８ａと、アーム部材２４ａおよび２８ａの間にヒンジ２５ａおよび２７ａを介して接続された第１の出力部材２６ａとを有する。
【００２９】
一方、第２の変位伝達部材２２ｂは、取り付け部材２１ａおよび２１ｂの他方側にそれぞれヒンジ２３ｂおよび２９ｂを介して接続された、アーム部材２４ｂおよび２８ｂと、アーム部材２４ｂおよび２８ｂの間にヒンジ２５ｂおよび２７ｂを介して接続された第２の出力部材２６ｂとを有する。
【００３０】
ヒンジ２３ａ，２５ａ，２７ａ，２９ａ，２３ｂ，２５ｂ，２７ｂ，２９ｂは可撓性および弾性を有し、伸縮素子１の伸縮により撓んで伸縮素子１の変位を第１の出力部材２６ａおよび第２の出力部材２６ｂに伝達可能となっており、伸縮素子１がＹ方向に伸縮変位することにより、第１の出力部材２６ａおよび第２の出力部材２６ｂから伸縮素子１の伸縮方向に直交するＸ方向に互いに反対の向きになるように拡大された変位が出力される。
【００３１】
このとき、ヒンジ２３ａ、２９ａ、２３ｂ、２９ｂは、ヒンジ２５ａ、２７ａ、２５ｂ、２７ｂよりも外側に設けられているため、伸縮素子１が伸長した際に、第１の出力部材２６ａおよび第２の出力部材２６ｂが相対的に外側へ変位する。ヒンジの位置関係を逆にして、伸縮素子１が伸長した際に、第１の出力部材２６ａおよび第２の出力部材２６ｂが相対的に内側へ変位するようにすることもできる。
【００３２】
なお、第１の出力部材２６ａおよび第２出力部材２６ｂの両方に移動対象を装着して用いてもよいが、一方の出力を実際の移動対象を移動させる出力として用い、他方の出力をバランスアウトの出力としてもよい。
【００３３】
このようにして変位拡大機構２０に、伸縮素子１のＹ方向の伸縮変位が伝達され、数倍〜数十倍程度に拡大してＸ方向の変位として移動対象部材に伝達することができる。
【００３４】
変位拡大機構２０の取り付け部材２１aおよび２１ｂには、それぞれ、ヘッド部１１ａおよび１１ｂにそれぞれ形成されたネジ穴１３ａおよび１３ｂに対応する位置に、与圧機構１０と変位拡大機構２０とを締結するためのネジが螺合されるネジ穴３０ａおよび３０ｂが形成されている。
【００３５】
図３に示すように、与圧機構１０のヘッド部１１ｂおよび変位拡大機構２０の取り付け部材２１ｂにそれぞれ形成されたネジ穴１３ｂおよび３０ｂには、締結具として、内部に軸方向に貫通する貫通孔４０ａが形成された中空ネジ４０が螺合され、この中空ネジ４０によってヘッド部１１ｂと取り付け部材２１ｂとが締結される。
【００３６】
中空ネジ４０の貫通孔４０ａには、伸縮素子１の電気端子２から延びるリード線３が挿通され、与圧機構１０の内側に配置された伸縮素子１のリード線３が、ヘッド部１１ｂおよび取り付け部材２１ｂの内部を通ってアクチュエータ１００の外部へ引き出されるようになっている。
【００３７】
一方、与圧機構１０のヘッド部１１ａおよび変位拡大機構２０の取り付け部材２１ａにそれぞれ形成されたネジ穴１３ａおよび３０ａには、通常のネジ（図示せず）が螺合され、通常のネジによってヘッド部１１ａと取り付け部材２１ａとが締結される。
【００３８】
本実施形態が対象にするようなアクチュエータは、薄型化が求められることが多いが、従来は、図４に示すように、伸縮素子１のリード線３を与圧機構１０および変位拡大機構２０の外側を通って引き出していたため、リード線３が薄型化の妨げになることがあった。
【００３９】
これに対して、本実施形態では、伸縮素子１を固定する固定部材である与圧機構１０を変位拡大機構２０に締結する締結具として、内部に軸方向に貫通する貫通孔４０ａが形成された中空ネジ４０を用い、伸縮素子１のリード線３を中空ネジ４０の貫通孔４０ａに挿通させて外部に引き出すので、図５に示すように、リード線３がアクチュエータ１００の厚さ方向にはみ出さず、リード線がアクチュエータ１００の薄型化の妨げになることはない。
【００４０】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく、種々変形可能である。
【００４１】
例えば、上記実施形態では、伸縮素子の端部を固定する固定部材として与圧機構を用いた場合について示したが、これに限るものではない。例えば、伸縮素子を直接変位拡大機構に固定する場合もあり、その場合は、固定部材は変位拡大機構となる。また、固定部材として単なるスペーサを用い、スペーサを介して与圧機構や変位拡大機構に取り付ける場合であってもよい。
【００４２】
また、変位拡大機構としては上記実施形態のものに限定されず、あらゆるタイプのものを用いることができる。
【００４３】
さらに、上記実施形態では、固定部材としての与圧機構と変位拡大機構とを締結する締結具として中空ネジを用い、中空ネジの貫通孔を介してリード線を引き出す例を示したが、これに限らず、固定部材の内部を通ってリード線を引き出すことができればよく、固定部材に貫通孔を設けその貫通孔を介してリード線を引き出すようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４４】
１；伸縮素子
１０；与圧機構（固定部材）
１１ａ，１１ｂ；ヘッド部
１３ａ，１３ｂ，３０ａ，３０ｂ；ねじ穴
２０；変位拡大機構
２１ａ，２１ｂ；取り付け部材
２２ａ，２２ｂ；変位伝達部材
４０；中空ネジ
４０ａ；貫通孔
【図１】
2017225221.tif 000003
【図２】
2017225221.tif 000004
【図３】
2017225221.tif 000005
【図４】
2017225221.tif 000006
【図５】
2017225221.tif 000007