圧電アクチュエーター

【課題】構成する部品の点数を少なくすると共に。それらの形状や構造をシンプル化すること。また、建具に利用することができること。
【解決手段】箱体内に、基端部が固定され、かつ電圧信号を機械的な変位に変換する長尺状の圧電素子と、この圧電素子の自由端部と常時係合する被係合部を有し、かつ前記圧電素子の基端部付近に位置する第１支軸に枢支端部が軸支された作動片と、この作動片の係止部分に内端部が係脱すると共に、前記第１支軸に対して所定間隔離間した第２支軸に軸支され、かつバネ部材で作動片の係止部分から外れる方向へ常時付勢された状態で、その外端部が箱体の前壁の開口から突出する係止片をそれぞれ配設したことを特徴とする圧電アクチュエーター。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電アクチュエーターに関し、特に縦方向に移動するシャッターや可動障子の下端部、或は水平方向に回転する扉の開閉端部に取り付けるのに適合する圧電アクチュエーターに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、技術分野を問わず、電気制御式のラッチ機構について独占権を要求するものであり、そのラッチ機構は、「箱体に往復動可能に設けられた中空プランジャ（中空作動杆）の内部に長尺状の圧電素子を中空作動杆の長手方向に配設し、前記長尺状圧電素子の基端部をニ分割の中空作動杆片でもって挟持し、基端部から水平状態に延びる圧電素子の自由端部を、箱体に軸支された係合片（ツメと称する係合片）の中空作動杆片の内部に延在する受け脚部に臨ませ、圧電素子にリード線を介して電圧を印加する(電気的信号を与える)と、圧電素子の自由端部が変位して前記係合片の受け脚部を押圧し、これにより、係合片は一端部の支軸を支点にして、その係合先端部が中空作動杆片の外面に形成された傾斜状切欠溝から離れること」、を特徴とする。
【０００３】
特許文献１について付言すれば、特許文献１は、（ア）長尺状の圧電素子を中空作動杆内に一端部を固定した状態で内装した点、（イ）図示しない、リード線が中空作動杆の水平移動量に対応して可動する点、（ウ）横Ｔ字形状の係合片を、その受け脚部が圧電素子の自由端部に対向するように中空作動杆の内部に延在し、かつ受け脚部と交差する係合先端部が中空作動杆片の外面傾斜状切欠溝と係脱する点に新規事項がある、と認定することができる。
【０００４】
また、特許文献２は、錠前の技術分野に於いて、圧電素子を適用したものである。特許文献２に記載の実施例は、普通一般のディスクタンブラー型のシリンダー錠の内部に圧電素子を配設し、可動障害子としてのタンブラーが溝内に設けた圧電素子に接触した場合に、制御部が接触時間の信号を取得し、かつ比較回路により外部に警報信号を出すというものである。
【０００５】
なお、ここで、電圧を印加するとか、電気的信号を与えるとか、駆動信号を与える等の用語は、発明の本質的観点から法解釈学的に認定判断されるものである。電圧印加、電気信号を印加する、駆動信号を与える等の用語は、同じ意味合いである。
【特許文献１】特表２００６−５１９４６５号公報
【特許文献２】特開２００３−９０１５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の所期の目的は、構成する部品の点数を少なくすることである。第２の目的は、構成する部品の形状や構造をシンプル化することである。第３の目的は、箱体に対する主な部材（圧電素子、作動片、係止片）の組み付けが容易であることである。第４の目的は、箱体内のスペースを有効的に活用することである。その他、少なくとも建具用に使用することができることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の圧電アクチュエーターは、箱体内に、基端部が固定され、かつ電圧信号を機械的な変位に変換する長尺状の圧電素子と、この圧電素子の自由端部と常時係合する被係合部を有し、かつ前記圧電素子の基端部付近に位置する第１支軸に枢支端部が軸支された作動片と、この作動片の係止部分に内端部が係脱すると共に、前記第１支軸に対して所定間隔離間した第２支軸に軸支され、かつバネ部材で作動片の係止部分から外れる方向へ常時付勢された状態で、その外端部が箱体の前壁の開口から突出する係止片をそれぞれ配設したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
（ａ）構成する部品の点数が少ない。
（ｂ）構成する部品の形状や構造を非常にシンプル化することができる。付言すると、長尺状の圧電素子は、作動片を介してラッチング機能を有する係止片の外部に位置付けられているので、例えば係止片の形状をシンプルに製作することができる。また、圧電素子の取付けも容易である。
（ｃ）請求項２に記載の発明は、隔壁に駆動部を有する基板を設け、これにリード線を固定的に接続できるから、箱体内のスペースを有効的に活用することができると共に、リード線が可動しないので、損傷しない。したがって、耐久性に富む。
（ｄ）開閉体の端部に取り付けると、建具用に使用することができる
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図１乃至図１１に示す本発明を実施するための最良の形態により説明する。
【００１０】
（１）発明の実施の環境
図１、図２は建具用圧電アクチュエーターＹの一例である。図１は、建具の一例として可動障子Ｚの下端部の右角部の内部に圧電アクチュエーターＸを水平移動可能に内装した例である。図１では、箱体１０の正面の壁（前壁）の一部を切欠して、正面視から内部構造を見ているが、ここでは、説明の便宜上、「正面視からの説明図（基準図）」とする。
【００１１】
さて、圧電アクチュエーターＸをそのまま含む建具用圧電アクチュエーターＹは、以下に説明するように、開閉体Zの端部に固定した案内箱（例えば錠箱）１と、この案内箱１内に箱体用バネ１３のバネ力に抗して後退することができるように配設された圧電アクチュエーターＸとから成る。
【００１２】
（２）案内箱１と圧電アクチュエーターＸと戸枠７
１は案内箱である。この案内箱１は、建具の可動障子等の開閉体の自由端部或は側端部に固定される。案内箱１の詳細については割愛するが、案内箱１は、ケース身１ａとケース蓋１ｂを有する。２は案内箱１のフロント(前壁)、一方、３は後壁（内部の支持板も含む）である。４は案内箱１の内部空間である。５はケース身１ａとケース蓋１ｂに所定間隔離間して設けられた水平ガイド（例えば水平案内長孔）である。６は後壁３の内壁面に突設されたバネ端支持部である。
【００１３】
Ｘは、本発明の圧電アクチュエーターで、この圧電アクチュエーターＸは、箱体１０のケース身１０ａとケース蓋１０ｂの外壁面にそれぞれ突設された複数個のガイド（係合突起）１１を介して案内箱１内に往復移動可能に設けられている(図２)。
【００１４】
付言すると、前記突起状のガイド１１は箱体１０の先端部と後端部にそれぞれ合計４個突出形成され、案内箱１の水平ガイド５に摺接可能に係合している。本実施例では、箱体１０の後壁の中央部に突起状のバネ端支持部１２が設けられており、この箱体１０側のバネ端支持部１２と前述した案内箱１側のバネ端支持部６との間に箱体用バネ１３が介在している(図１)。
【００１５】
したがって、圧電アクチュエーターＸの箱体１０は、後述するように開閉体が上方向に開く際、ラッチング機能を有する係止片が戸枠７に設けた受け具８に押圧されて、第２支軸を支点に水平回転すると、箱体用バネ１３のバネ力に抗して後退することができる(図１１)。次に、圧電アクチュエーターＸの基本的構成を列挙しながら説明する。
【００１６】
（３）基本的構成−箱体１０
図４は、図面中の５−５線、６−６線、７−７線、８−８線を説明の便宜上入れたものである。例えば５−５線は、その水平断面に基づく説明図が「図５」であることを示す。以下、同様である。
【００１７】
ここでは、図４の５−５線水平断面に基づく図５を基準にして、箱体１０の構成を説明する。１１は、前述したように、ケース身１０ａとケース蓋１０ｂの外壁面突設された複数個のガイド（係合突起）、１２は箱体１０の後壁に設けられたバネ端支持部、１５は後壁寄りに位置する隔壁である。隔壁１５は、その下端部が箱体１０の底壁１４付近まで延びている。この垂直の隔壁１５と不番の後壁との内部空間は、基板、リード線等を配設するために利用されている。
【００１８】
一方、隔壁１５と不番の前壁との内部空間は、長尺状の圧電素子、作動片、係止片等を組み込むために利用されている。その他、箱体１０の前壁側に形成された軸受け等の細部的事項の説明は割愛する。
【００１９】
（４）圧電素子２１
図１、図４で示すように、長尺状の圧電素子２１は、その基端部２１ａが垂直隔壁１５の下端部直ぐ傍に固定された支持部材１７に固定され、かつ電圧信号を機械的な変位に変換する。支持部材１７は、本実施例では底壁１４に固定され、かつ、垂直方向に差込み溝を有する短柱である。
【００２０】
圧電素子２１は、垂直の隔壁１５に沿って箱体１０の上壁１８付近まで延びている。圧電素子２１の自由端部２１ｂは、作動片の被係合部（係合溝、切欠、凹所、孔等）３３に常時係合している。
【００２１】
ここで、図１０を参照にして、圧電素子２１の構成及び機能を説明する。圧電素子２１は、圧電体を含む多層構造の長方状の板状体であり、例えば中央板２２と、この中央板２２の両面に導電性接着層２３を介して積層される一対の長方状圧電板２４とを備えている。
【００２２】
しかして、前記中央板２２は、表面部に導電性を有する補強材であり、その材料としては、ＳＫ鋼を焼入れ処理したものが用いられている。
【００２３】
また、前記圧電板２４は、不番の圧電体と、この圧電体の両面に積層される一対の電極２５とを備えている。圧電板２４の圧電体は、電圧の印加により歪みが生じるピエゾ効果を有する材料であれば特に限定されるものではないが、例えば圧電セラミックス、高分子圧電体、単結晶圧電体等を使用する。中でも、大きな圧電効果を有し、耐久性も良好なチタン酸・ジルコン酸鉛系圧電セラミックス（ＰＺＴ）が使用されている。また、電極２５は圧電体の外縁部を除いたほぼ全面に積層され、例えば銀ペーストの印刷及び焼付けにより形成される。
【００２４】
上記の圧電素子２１には、外面側に配設される一対の電極２５と中央板２２に、例えば外部に配設した制御部２７を介して基板２６の駆動部（ドライバ）から駆動信号（電圧）が印加される。本実施例では、図１で示すように箱体１の外部から挿入された固定リード線２８が、前記基板２６に電気的に接続しており、後述する作動片３１を介して係止片４１が動いても、固定リード線２８自体は全く動かない。
【００２５】
基板２６は、この固定リード線２８を介して外側の両電極２５に正電圧及び負電圧を交互に印加する。このように正電圧を印加した場合、一方の圧電体は伸び、これに対して、他方の圧電体は縮む結果、圧電素子２１は左側又は右側の一方側に湾曲する。本実施例では、図１で示すように右側に湾曲する。このような圧電素子２１の機能を、ここでは「電圧信号を機械的な変位に変換する」と表現する。
【００２６】
また、電圧効果に関しては、前記したように、電圧板２４を両面に備えたバイモルフ構造の他に、片面のみに電圧板２４を備えたユニモルフ構造が公知事項として知られている。
【００２７】
（５）作動片３１
作動片３１は、図１、図６、図９等で示すように、圧電素子２１の自由端部２１ｂに係合する被係合部３３を有し、かつ圧電素子２１の基端部２１ａ付近に位置する第１支軸３２に、その枢支端部が軸支されている。
【００２８】
前記第１支軸３２は、図６で示すように箱体１０の下端部に横設軸架された固定軸である。この第１支軸３２に縦断面門型形状の作動片３１の下端部（枢支端部）３１ａが軸支されていると共に、その自由端部（係合端部）３１ｂに設けた被係合部（例えば切欠状係合溝）３３に、圧電素子の自由端部２１ｂが差込み係合している。
【００２９】
したがって、圧電素子の自由端部２１ｂは、常時、作動片３１の被係合部３３に係合していることから、変位しても外れることはない。
【００３０】
図９は作動片３１の形態（構成）を示す一例である。説明の便宜上、各部位に符号３５を付す。３５は第１支軸３２用の軸孔を有する左右一対のアーム、３６は左右のアーム３５の前方側端面を連結すると共に、上端部寄りの部位に係止片用の係止部分（例えば係止窓、係止用横向き凹所、係止孔、切欠等）３７を有する拘束壁、３８は左右のアーム３５の上端面を連結すると共に、後方（垂直の隔壁側）に手首を内側に曲げたように延在する係合壁である。本実施例では、前記係合壁３８に圧電素子の自由端部２１ｂが貫通状態に係入する切欠状の係合溝３３が横長に形成されている。
【００３１】
（６）係止片
係止片４１は、本実施例では、戸枠７の受け具８と係脱するラッチが採用されている。例えば図１で示すように、係止片４１の一例であるラッチは、作動片３１の拘束壁３６に対して、内端部に突設した係合突起４２が係脱すると共に、前述した第１支軸３２に対して所定間隔離間した第２支軸４３に軸支され、かつバネ部材４４で作動片３１の係止部分３７から外れる方向へ常時付勢された状態で、その外端部が箱体１０の前壁の開口１６から突出する。
【００３２】
係止片４１の具体的構成については割愛するが、係止片４１は、箱体１０の前壁開口１６から突出する第１係合部と、箱体１０の内部空間に位置し、かつ作動片３１の拘束壁３６の係止部分３７に係合する第２係合部分に区分けすることができる。また、前記第１係合部は、受け具８の内面にラッチングする垂直又は水平面と、受け具８の縁部に摺接する傾斜面を有する。
【００３３】
（７）主たる作用
図１１は作用の一例を示す。図１１では、圧電アクチュエーターＸ（建具用圧電アクチュエーターＹ）は、例えば上下方向に移動する可動障子Ｚの右角部に取付けられていることを前提としている。また、受け具８は戸枠の縦枠の内壁面に固定されていることを前提とする。
【００３４】
そして、図１１のＡ〜Ｄは、非通電時、つまり、アンロック状態の場合に於いて、可動障子Ｚが上昇すると、受け具８にラッチングしている係止片４１の回転態様がどうなるか、また、圧電アクチュエーターＸの箱体１０がどうなるかをそれぞれ示している。図１１のＡ〜Ｄを見ると、その係止片４１の回転態様及び箱体１０の後退態様はあきらかなので、詳細な説明は割愛する。
【００３５】
ここでは、図１と図１１のＡとを比較して、本発明の主たる作用について説明する。図１１のＡの非通電状態に於いて、今仮に、基板２６から圧電素子２１に電圧が印加される (駆動信号が与えられる) と、圧電素子２１は、電圧信号を機械的な変位に変換して、その自由端部（係合端部）２１ｂが右側に湾曲状に変位する。
【００３６】
そうすると、作動片３１は、圧電素子２１の自由端部２１ｂで制御されることから、第１支軸３２を支点にして時計方向に所定量回転する。その結果、係止片４１の内端部の係合突起４２を係止部分３７で拘束する。したがって、通電時、ロック状態となる。
【００３７】
これに対して、基板２６が圧電素子２１に対して非通電の信号を与えると（非通電状態）、付言すると、通電が切れると、圧電素子２１は初期状態に戻ることから、作動片３１は圧電素子２１の自由端部２１ｂで引き戻され、第１支軸３２を支点にして反時計方向に所定量回転する。その結果、係止片４１の係合突起４２は作動片３１の係止部分３７から解放される。したがって、非通電時、アンロック状態となる。
【実施例】
【００３８】
本発明の圧電アクチュエーターＸの用途は、建具用のラッチ機構やロック機構に限定されるものではなく、電気的制御用のクラッチ機構にも用いることができる。また、開閉体Ｚは上下方向に移動するシャッターや可動障子に限定されるものではなく、水平方向に回転する扉でも良い。開閉体Ｚが扉である場合には、図１は平面視からの説明図（基準図）となる。なお、本実施例では、基板２６に少なくとも駆動部を設けたが、駆動部と共に制御部を設けても良いことはもちろんである。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、主に建具や錠前の業界で利用される。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
図１乃至図１１は本発明の最良の実施例を示す各説明図。
【図１】圧電アクチュエーターＸ及び建具用圧電アクチュエーターＹを示す概略説明図。
【図２】開閉体の正面視（一部切欠）からの概略説明図。
【図３】本発明の圧電アクチュエーターＸが開閉体に内装されている旨を示す概略説明図。
【図４】圧電アクチュエーターＸを示す正面視からの説明図（基準図）。
【図５】図４の５−５線概略断面説明図。
【図６】図４の６−６線概略断面説明図。
【図７】図４の７−７線概略断面説明図。
【図８】図４の８−８線概略断面説明図。
【図９】要部（作動片３１と第１支軸３２）の概略斜視図。
【図１０】圧電素子の構成を示す概略説明図。
【図１１】用途の一例を示す概略説明図。
【符号の説明】
【００４１】
Ｘ…圧電アクチュエーター、Ｙ…建具用圧電アクチュエーター、Ｚ…開閉体、１…案内箱、２…フロント、３…後壁、４…内部空間、５…水平ガイド、６…バネ端支持部、７…戸枠、８…受け具、１０…箱体、１０ａ…ケース身、１０ｂ…ケース蓋、１１…ガイド（係合突起）、１２…バネ端支持部、１３…箱体用バネ、１４…底壁、１５…隔壁、１６…開口、１７…支持部材、１８…上壁、２１…圧電素子、２１ａ…基端部、２１ｂ…自由端部、２２…中央板、２３…導電性接着層、２４…圧電板、２５…電極、２６…基板(駆動部を有する)、２７…制御部、２８…固定リード線、３１…作動片、３１ａ…下端部（枢支端部）、３１ｂ…自由端部（係合端部）、３２…第１支軸、３３…被係合部、３５…左右一対のアーム、３６…拘束壁、３７…係止部分、３８…係合壁、４１…係止片、４２…係合突起、４３…第２支軸、４４…バネ部材。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
箱体内に、基端部が固定され、かつ電圧信号を機械的な変位に変換する長尺状の圧電素子と、この圧電素子の自由端部と常時係合する被係合部を有し、かつ前記圧電素子の基端部付近に位置する第１支軸に枢支端部が軸支された作動片と、この作動片の係止部分に内端部が係脱すると共に、前記第１支軸に対して所定間隔離間した第２支軸に軸支され、かつバネ部材で作動片の係止部分から外れる方向へ常時付勢された状態で、その外端部が箱体の前壁の開口から突出する係止片をそれぞれ配設したことを特徴とする圧電アクチュエーター。
【請求項２】
請求項１に於いて、箱体内には、圧電素子に電圧信号を印加する駆動部を有する隔壁が設けられ、前記駆動部にリード線が接続していることを特徴とする圧電アクチュエーター。
【請求項３】
請求項１に於いて、長尺状の圧電素子は、作動片を介してラッチング機能を有する係止片の外部に位置付けられていることを特徴とする圧電アクチュエーター。
【請求項４】
請求項１に於いて、箱体は、案内箱のガイドと係合し、開閉体が開く際、係止片が固定側に押圧されて第２支軸を支点に回転すると、案内箱内の箱体用バネのバネ力に抗して後退することを特徴とする圧電アクチュエーター。

【図１】