JP2019103193A - Bell crank type drive device and power transmission type drive device - Google Patents

Bell crank type drive device and power transmission type drive device Download PDF

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明大 長縄
Akita Osanawa
明大 長縄
和三 小松
Kazumi Komatsu
和三 小松
優太朗 畠中
Yutaro Hatanaka
優太朗 畠中
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Akita University NUC
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Akita University NUC
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Abstract

To provide a bell crank type drive device which can be further miniaturized and a power transmission type drive device including the same.SOLUTION: The bell crank type drive device for moving an action member includes first fixing means, a piezoelectric element and a bell crank, connected in this order. The bell crank is rotated by expansion and contraction of the piezoelectric element with the first fixing means as a fixed end. The action member moves by the bell crank being rotated. When a distance from the rotation center to a straight line that vertically bisects a width of a surface where the bell crank and the piezoelectric element are connected is denoted as s and a distance from the rotation center to a straight line that vertically bisects a width of a surface connecting the bell crank and the action member is denoted as t, t/s>1 is satisfied.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、圧電素子の伸縮、ベルクランク機構、および、作用部材(板状弾性部材)を利用したベルクランク型駆動装置及び動力伝達型駆動装置に関する。   The present invention relates to an expansion and contraction of a piezoelectric element, a bell crank mechanism, and a bell crank type drive device and a power transmission type drive device using an action member (plate-like elastic member).

圧電素子を用いた駆動装置の一つに超音波モータがある。超音波モータは、超音波領域の機械的振動により励振されたステータをロータやスライダと接触させて、機器を回転や直動動作させる摩擦駆動型のアクチュエータであり、カメラのオートフォーカスやXYステージのほか、セキュリティカメラや手術用機器に組み込まれる多次元モータ等、様々な分野で利用されている。   An ultrasonic motor is one of drive devices using a piezoelectric element. An ultrasonic motor is a friction-driven actuator that causes a stator excited by mechanical vibration in the ultrasonic region to contact a rotor or slider to rotate or linearly move the device. In addition, it is used in various fields such as multi-dimensional motors incorporated in security cameras and surgical instruments.

例えば、特許文献1には、弾性体の両端に、バイモルフ圧電素子を連結し、バイモルフ圧電素子の動きで、弾性体を変形させ、弾性体上の作動点を移動本体に接触させて、移動本体を動かすことが可能な、圧電電気機械式駆動装置が開示されている。しかしながら、特許文献1に開示されている駆動装置にあっては、作動点の変位量が小さく、移動本体の動作量、駆動量を大きくするためには、バイモルフ圧電素子を大きくする等、駆動装置を大型化しなければならない。そのため、例えば手術用機器等の小型機器に組み込むことは困難であった。   For example, in Patent Document 1, a bimorph piezoelectric element is connected to both ends of an elastic body, the elastic body is deformed by the movement of the bimorph piezoelectric element, and the operating point on the elastic body is brought into contact with the moving body to move the moving body Is disclosed, which is capable of moving the However, in the drive device disclosed in Patent Document 1, the drive amount is small, and the bimorph piezoelectric element is enlarged to increase the operation amount and the drive amount of the moving main body. We have to make the Therefore, it has been difficult to incorporate the device into small devices such as surgical devices, for example.

或いは、特許文献2には、伸縮方向が同一平面となる様に配置した複数の圧電素子と、圧電素子を固定する基台と、圧電素子の伸縮端に固定したドーム状の弾性体とを具備した超音波振動子が開示されており、当該振動子により超音波モータ等の駆動装置を構成可能としている。しかしながら、特許文献2に開示された超音波振動子にあっては、圧電素子を複数用意する必要があり、また、ドーム状の弾性体を用いることが前提である。すなわち、圧電素子や弾性体を設置するために大きなスペースを要し、やはり駆動装置が大型化して、手術用機器等の小型機器に組み込むことは困難であった。   Alternatively, Patent Document 2 includes a plurality of piezoelectric elements arranged so that the expansion and contraction directions are in the same plane, a base for fixing the piezoelectric elements, and a dome-shaped elastic body fixed to the expansion and contraction ends of the piezoelectric elements. An ultrasonic transducer is disclosed, and a driving device such as an ultrasonic motor can be configured by the transducer. However, in the ultrasonic transducer disclosed in Patent Document 2, it is necessary to prepare a plurality of piezoelectric elements, and it is premised to use a dome-shaped elastic body. That is, a large space is required to install the piezoelectric element and the elastic body, and the drive device is also upsized and it is difficult to incorporate it in a small device such as a surgical device.

本発明者らのうち長縄および小松は、特許文献1、2に記載の技術の問題点に鑑み、特許文献3に記載の技術を開発した。即ち、特許文献3には、第1固定手段、第1圧電素子、板状弾性部材および第2固定手段がこの順に連結されてなるステータ、並びに、該ステータの板状弾性部材との相互作用によって動作する可動部、を備え、ステータは、第1固定手段を固定端として第1圧電素子が伸縮することによって第1圧電素子の板状弾性部材側の端部と第2固定手段との距離が増減し、第1圧電素子の板状弾性部材側の端部と第2固定手段との距離が減少するにつれて、板状弾性部材に生じる撓みが増大するように構成されており、第1圧電素子の伸縮方向と直交する方向に凸となるように板状弾性部材が撓ませられる、駆動装置が開示されている。   Among the present inventors, longline and Komatsu have developed the technique described in Patent Document 3 in view of the problems of the techniques described in Patent Documents 1 and 2. That is, Patent Document 3 discloses a stator in which a first fixing means, a first piezoelectric element, a plate-like elastic member and a second fixing means are connected in this order, and interaction with the plate-like elastic member of the stator. The stator includes a movable portion, and the stator extends and retracts the first piezoelectric element by using the first fixing means as a fixed end, so that the distance between the second fixing means and the end portion of the first piezoelectric element on the plate-like elastic member side is As the distance between the end of the first piezoelectric element on the side of the plate-like elastic member and the second fixing means decreases, the deflection produced in the plate-like elastic member increases, and the first piezoelectric element A drive device is disclosed in which a plate-like elastic member is bent so as to be convex in a direction perpendicular to the direction of expansion and contraction of the plate.

特許第4452275号Patent No. 4452275 特開平5−191988号公報Unexamined-Japanese-Patent No. 5-191988 特許第6124331号公報Patent No. 6124331

特許文献3に記載の駆動装置によれば、駆動装置を小型化し、手術用機器等の小型機器に組み込むことが容易となった。しかしながら、小型機器の更なる多機能化、小型化等に対応するため、駆動装置についても更なる小型化が求められている。そこで、本発明は、更なる小型化が可能な動力伝達型駆動装置を提供することを課題とする。   According to the drive device described in Patent Document 3, it becomes easy to miniaturize the drive device and to incorporate it into a small device such as a surgical device. However, in order to cope with further multifunctionalization and miniaturization of small-sized equipment, further miniaturization of the drive device is also required. Then, this invention makes it a subject to provide the power transmission type drive device which can be further miniaturized.

本発明者らは、鋭意検討の結果、駆動装置に圧電素子を用いたベルクランク機構を導入することで、駆動装置を小型化することが可能であることを見出した。   The inventors of the present invention have found that it is possible to miniaturize the drive device by introducing a bell crank mechanism using a piezoelectric element in the drive device as a result of intensive studies.

すなわち本発明の1つの態様は、作用部材(4b、14b、24b、34b)を可動させるベルクランク型駆動装置(10)であって、第一固定手段(1)、圧電素子(2)、およびベルクランク(3)がこの順で連結されてなり、ベルクランクは第1固定手段を固定端として圧電素子が伸縮することにより回動し、ベルクランクが回動することにより作用部材が可動し、ベルクランクの回転中心(O)に直交する断面において、回転中心から、ベルクランクと圧電素子とが連結する面の幅を垂直に2等分する直線(L1)までの距離をs、回転中心から、ベルクランクと作用部材とが連結する面の幅を垂直に2等分する直線(L2)までの距離をt、とするとき、t/s>1となる、ベルクランク型駆動装置である。   That is, one aspect of the present invention is a bell-crank drive device (10) for moving the action member (4b, 14b, 24b, 34b), the first fixing means (1), the piezoelectric element (2), and The bell crank (3) is connected in this order, and the bell crank is rotated by the expansion and contraction of the piezoelectric element with the first fixing means as the fixed end, and the action member is moved by the rotation of the bell crank. The distance from the center of rotation to the straight line (L1) that vertically bisects the width of the surface where the bell crank and the piezoelectric element are connected from the center of rotation in the cross section orthogonal to the center of rotation (O) of the bell crank The bell crank type driving device is such that t / s> 1 where t is a distance to a straight line (L2) which bisects the width of the surface where the bell crank and the action member are vertically connected.

本発明において、「この順に連結されてなる」とは、各部が順番に直接的に連結された形態のほか、各部以外の何らかの部材を介して各部が順番に間接的に連結された形態をも含む概念である。「圧電素子」とは伸縮型の圧電素子をいい、主に積層型圧電素子がこれに相当する。「回転中心」とは、回動するベルクランクの回転軸である。「ベルクランクと圧電素子とが連結する面」とは、ベルクランクと圧電素子とが直接連結する場合はベルクランクと圧電素子が接触する面を言い、ベルクランクと圧電素子とが他の部材を介して連結する場合は、他の部材とベルクランクとが接触する面を言う。「ベルクランクと作用部材とが連結する面」とは、ベルクランクと作用部材とが直接連結する場合はベルクランクと作用部材とが接触する面を言い、ベルクランクと作用部材とが他の部材を介して連結する場合は他の部材と作用部材とが接触する面を言う。「ベルクランクと圧電素子とが連結する面の幅」とは、ベルクランクの回転中心に直交する断面において、ベルクランクと圧電素子とが連結する面における2つの端部を結ぶ長さである。「ベルクランクと作用部材とが連結する面の幅」も同様に、ベルクランクの回転中心に直交する断面において、ベルクランクと作用部材とが連結する面における2つの端部を結ぶ長さである。「作用部材」とは後述する作用部材全体を指す意味ではなく、装置において実質的に作用する部材のみを意味する。例えば、図1では作用部4b、図4では撓み部14bが、ここで言う「作用部材」に該当する。   In the present invention, "connected in this order" refers to a form in which each part is connected directly in order, and also to a form in which each part is connected indirectly in order via some member other than each part. It is an included concept. "Piezoelectric element" refers to an expansion-type piezoelectric element, and mainly corresponds to a laminated piezoelectric element. The "rotation center" is the rotation axis of the rotating bell crank. The "surface where the bell crank and the piezoelectric element are connected" means the surface where the bell crank and the piezoelectric element contact when the bell crank and the piezoelectric element are directly connected, and the bell crank and the piezoelectric element are other members. In the case of connecting via, it means the surface where the other member and the bell crank contact. "The surface where the bell crank and the action member are connected" means the surface where the bell crank and the action member contact when the bell crank and the action member are directly connected, and the bell crank and the action member are other members In the case of connecting through the term “2”, it means the surface where the other member and the action member make contact. The “width of the surface where the bell crank and the piezoelectric element are connected” is a length connecting two end portions in the surface where the bell crank and the piezoelectric element are connected in a cross section orthogonal to the rotation center of the bell crank. Similarly, “the width of the surface where the bell crank and the action member are connected” is the length connecting the two ends of the surface where the bell crank and the action member are connected in a cross section orthogonal to the rotation center of the bell crank. . The term "action member" does not mean to refer to the entire action member described later, but means only a member that substantially acts on the device. For example, the action part 4 b in FIG. 1 and the bending part 14 b in FIG. 4 correspond to the “action member” referred to here.

本発明において、ベルクランク(3)はL字型であることが好ましい。   In the present invention, the bell crank (3) is preferably L-shaped.

また本発明のもう1つの態様は、上記のベルクランク型駆動装置(10)を備える動力伝達型駆動装置(100、200、300、400、500、600)であって、上記作用部材が板状弾性部材(14b、24b、34b)であり、第1固定手段(1)、圧電素子(2)、ベルクランク(3)、板状弾性部材および第2固定手段(5)がこの順に連結されてなるステータ(7)、並びに、該ステータ(7)の板状弾性部材(4)との相互作用によって動作する可動部(8)、を備え、ベルクランクの回動により、ベルクランクの板状弾性部材側の端部(3b)と第2固定手段との距離が増減し、ベルクランクの板状弾性部材側の端部と第2固定手段との距離が減少するにつれて、板状弾性部材に生じる撓みが増大するように構成されている、動力伝達型駆動装置である。   Another aspect of the present invention is a power transmission drive (100, 200, 300, 400, 500, 600) including the above-mentioned bell crank drive (10), wherein the action member is plate-like. It is an elastic member (14b, 24b, 34b), and the first fixing means (1), the piezoelectric element (2), the bell crank (3), the plate-like elastic member and the second fixing means (5) are connected in this order And a movable portion (8) operated by interaction with the plate-like elastic member (4) of the stator (7), and the plate-like elasticity of the bell crank by the rotation of the bell crank As the distance between the end (3b) on the member side and the second fixing means increases or decreases and the distance between the end on the plate-like elastic member of the bell crank and the second fixing means decreases, the plate-like elastic member is produced. Configured to increase deflection A power transmission type driving device.

本発明において、「板状弾性部材」の「板状」とは、撓みが最も解消された状態において湾曲のない形状となることを意味する。ただし、圧電素子の伸縮量をベルクランクおよび板状弾性部材によって拡大させ得る限り、ベルクランクの板状弾性部材側の端部と第2固定手段との距離が最大の場合において、板状弾性部材が湾曲していてもよいものとする。予め板状弾性部材を湾曲させることによって、所望の方向にしゃくとり虫型に変形させやすくなるためである。   In the present invention, the "plate-like" of the "plate-like elastic member" means that it becomes a shape having no curvature in the state where the deflection is most eliminated. However, as long as the amount of expansion and contraction of the piezoelectric element can be expanded by the bell crank and the plate elastic member, the plate elastic member in the case where the distance between the end portion on the plate elastic member side of the bell crank and the second fixing means is maximum. May be curved. By curving the plate-like elastic member in advance, it is easy to be deformed in a desired direction into a scoop type.

本発明において、圧電素子(2)の伸縮方向(Y)と直交する方向(X)と直交する方向に凸となるように板状弾性部材(14b、24b、34b)が撓ませられることが好ましい。板状弾性部材の撓み量を最も増大させることができるためである。尚、本願において「圧電素子の伸縮方向と直交する方向と直交する方向」とは圧電素子の伸縮方向と直交する方向と完全に直交する方向である必要はなく、物体を駆動させる変形であれば許容する主旨である。例えば、圧電素子の伸縮方向と直交する方向と板状弾性部材の撓みの凸方向とのなす角度が75°以上105°以下の場合、誤差範囲内として「圧電素子の伸縮方向と直交する方向と直交する方向」に含まれるものとする。尚、第2固定手段の配置を調整することにより、圧電素子の伸縮方向と直交する方向と板状弾性部材の撓みの凸方向とのなす角度を任意の角度に調整することも可能である。   In the present invention, preferably, the plate-like elastic member (14b, 24b, 34b) is bent so as to be convex in the direction orthogonal to the direction (X) orthogonal to the expansion / contraction direction (Y) of the piezoelectric element (2). . This is because the amount of deflection of the plate-like elastic member can be increased most. In the present application, “a direction orthogonal to the direction perpendicular to the expansion and contraction direction of the piezoelectric element” does not have to be a direction orthogonal to the direction orthogonal to the expansion and contraction direction of the piezoelectric element. This is an acceptable principle. For example, when the angle between the direction perpendicular to the expansion and contraction direction of the piezoelectric element and the convex direction of the deflection of the plate-like elastic member is 75 ° or more and 105 ° or less, the error range is “a direction orthogonal to the expansion and contraction direction of piezoelectric element It shall be included in the “orthogonal direction”. In addition, it is also possible to adjust the angle formed by the direction perpendicular to the expansion and contraction direction of the piezoelectric element and the convex direction of the deflection of the plate-like elastic member to an arbitrary angle by adjusting the arrangement of the second fixing means.

本発明において、ステータ(7)が、第1固定手段(1)とベルクランク(3)とを連結し、ベルクランク(3)を支持するベルクランク支持部(6)を備えることが好ましい。   In the present invention, preferably, the stator (7) includes a bell crank support (6) that connects the first fixing means (1) and the bell crank (3) and supports the bell crank (3).

本発明において、ベルクランク支持部(6)またはベルクランク(3)が、ヒンジ(6a)を有することが好ましい。圧電素子の伸縮に伴うベルクランクの回動を容易にするためである。ヒンジ(6a)は、切欠き部(6b)が形成された弾性ヒンジであることが好ましい。   In the present invention, preferably, the bell crank support (6) or the bell crank (3) has a hinge (6a). This is to facilitate the pivoting of the bell crank accompanying the expansion and contraction of the piezoelectric element. The hinge (6a) is preferably an elastic hinge in which the notch (6b) is formed.

本発明において、ステータ(7)が複数備えられていてもよい。すなわち、可動部の形態に応じてステータの設置数を増減させることで、より効率的に可動部を動作させることができる。また、ステータが複数備えられることで、例えば可動部を多次元に動作させることも可能となる。   In the present invention, a plurality of stators (7) may be provided. That is, the movable part can be operated more efficiently by increasing or decreasing the number of installed stators according to the form of the movable part. Further, by providing a plurality of stators, for example, it is possible to operate the movable part in multiple dimensions.

本発明において、一つの第2固定手段(5)に、複数の板状弾性部材(14b、24b、34b)が連結され、それぞれの板状弾性部材にベルクランク(3)、圧電素子(2)および第1固定手段(1)が連結されていてもよい。言い換えれば、第2固定手段を中心とした円周方向に所定の間隔を設けつつ板状弾性部材等が複数連結された形態とすることが可能である。このような形態にあっては、例えば、第2固定手段近傍に可動部として球体を設置し、複数の板状弾性部材をそれぞれ任意の撓み量にて撓ませて球体に接触させることで、各板状弾性部材の撓みの増減によって球体を多次元に動作させることができる。   In the present invention, a plurality of plate-like elastic members (14b, 24b, 34b) are connected to one second fixing means (5), and each plate-like elastic member is a bell crank (3), a piezoelectric element (2) And the first fixing means (1) may be connected. In other words, it is possible to provide a form in which a plurality of plate-like elastic members and the like are connected while providing a predetermined interval in the circumferential direction about the second fixing means. In such a configuration, for example, a sphere is installed as a movable part in the vicinity of the second fixing means, and each of the plurality of plate-like elastic members is bent by an arbitrary deflection amount to contact the sphere. The sphere can be operated in multiple dimensions by increasing or decreasing the deflection of the plate-like elastic member.

本発明において、第1固定手段(1)、ベルクランク支持部(6)、ベルクランク(3)、板状弾性部材(34b)および第2固定手段(5)が、一体的に形成されていてもよい。   In the present invention, the first fixing means (1), the bell crank support (6), the bell crank (3), the plate-like elastic member (34b) and the second fixing means (5) are integrally formed. It is also good.

本発明において、板状弾性部材(14b)の撓みの方向を規制する規制手段(19a)を板状弾性部材(14b)と接触するように備えることが好ましい。また、規制手段(29a)として板状弾性部材(24b)の端部に凸部をそれぞれ設けてもよい。規制手段を設けることで、板状弾性部材の撓みの制御がより精密となり、可動部を効率的に動作させることができるためである。   In the present invention, it is preferable that a control means (19a) for controlling the direction of bending of the plate-like elastic member (14b) is provided in contact with the plate-like elastic member (14b). Further, as the restricting means (29a), a convex portion may be provided at the end of the plate-like elastic member (24b). By providing the regulating means, the control of the deflection of the plate-like elastic member becomes more precise, and the movable part can be operated efficiently.

本発明において、板状弾性部材(14b、24b、34b)と第2固定手段(5)とが、圧電素子(2)とは異なる圧電素子(12)を介して連結されていてもよい。   In the present invention, the plate-like elastic members (14b, 24b, 34b) and the second fixing means (5) may be connected via a piezoelectric element (12) different from the piezoelectric element (2).

本発明のベルクランク機構装置によれば、第1固定手段、圧電素子およびベルクランクが連結されてなることにより、ベルクランクを介して圧電素子の伸縮量(変位量)を拡大することができるため、装置の小型化が可能となる。また、変位拡大の方向をベルクランクの形状により任意の方向に調整することができるため、設置場所に制約がある場合でも装置の設置が可能となる。   According to the bell crank mechanism device of the present invention, since the first fixing means, the piezoelectric element and the bell crank are connected, the expansion amount (displacement amount) of the piezoelectric element can be enlarged via the bell crank. The size of the device can be reduced. In addition, since the direction of displacement expansion can be adjusted in an arbitrary direction by the shape of the bell crank, installation of the device becomes possible even when the installation place is restricted.

また、本発明の動力伝達型駆動装置によれば、固定手段の間に圧電素子とベルクランクと板状弾性部材とを連結してステータを構成しており、圧電素子の伸縮量を、ベルクランク機構を介して拡大し、更に板状弾性部材の撓み量(変形量)へと拡大可能な構成を採っている。そのため、小型の圧電素子を用いた場合或いは配置できる圧電素子の種類に制約がある場合でも、大きな変形量を得ることができる。また、板状弾性部材を用いることでステータの設置スペースを極小化することも可能である。
例えば、管内に動力伝達型駆動装置を設置したい場合、管の内壁面に沿って管長手方向或いは管周方向にステータを設置可能であり、管径方向の設置スペースを極小化することができる。このように、本発明によれば、圧電素子の伸縮量をベルクランクおよび板状弾性部材によって拡大することによって、小型化されながらも必要な駆動力を得て、物体を動作させることが可能な動力伝達型駆動装置を提供することができる。
Further, according to the power transmission type drive device of the present invention, the piezoelectric element, the bell crank and the plate-like elastic member are connected between the fixing means to constitute a stator, and the expansion and contraction amount of the piezoelectric element It is expanded through a mechanism, and is further expanded to the amount of deflection (the amount of deformation) of the plate-like elastic member. Therefore, a large amount of deformation can be obtained even when using a small-sized piezoelectric element or when there is a restriction on the type of piezoelectric element that can be arranged. Moreover, it is also possible to minimize the installation space of a stator by using a plate-like elastic member.
For example, when it is desired to install a power transmission drive in a pipe, the stator can be installed along the inner wall surface of the pipe in the pipe longitudinal direction or the pipe circumferential direction, and the installation space in the pipe radial direction can be minimized. As described above, according to the present invention, by expanding the amount of expansion and contraction of the piezoelectric element with the bell crank and the plate-like elastic member, it is possible to operate the object while obtaining the necessary driving force while being miniaturized. A power transmission drive can be provided.

ベルクランク型駆動装置10の動作態様を説明するための概略図である。FIG. 5 is a schematic view for explaining an operation aspect of the bell crank type drive device 10; ベルクランク型駆動装置10による変位拡大を模式的に説明する図であり、L字型のベルクランクの回動前後の様子を示す図である。It is a figure which illustrates typically displacement expansion by the bell crank type drive device 10, and is a figure which shows the mode before and behind rotation of a L-shaped bell crank. ベルクランク3の形状の具体例を説明する図である。It is a figure explaining the example of the shape of the bell crank 3. FIG. 第1実施形態に係る本発明の動力伝達型駆動装置100の動作態様を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the operation | movement aspect of the power transmission type drive device 100 of this invention which concerns on 1st Embodiment. ベルクランク3の端部3bのX方向の変位量xと板状弾性部材3の撓み量yとの関係を説明するための図である。FIG. 7 is a view for explaining the relationship between the displacement amount x of the end 3 b of the bell crank 3 in the X direction and the deflection amount y of the plate-like elastic member 3. 動力伝達型駆動装置100を動作させる際、圧電素子2に印加する電圧の波形の一例を示す図である。When operating the power transmission type drive device 100, it is a figure which shows an example of the waveform of the voltage applied to the piezoelectric element 2. FIG. 第1実施形態に係る本発明の動力伝達型駆動装置100の他の動作態様を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the other operation aspect of the power transmission type drive device 100 of this invention which concerns on 1st Embodiment. 第2実施形態に係る本発明の動力伝達型駆動装置200を説明するための概略図であり、図4に対応する図である。It is the schematic for demonstrating the power transmission type drive device 200 of this invention which concerns on 2nd Embodiment, and is a figure corresponding to FIG. 第3実施形態に係る本発明の動力伝達型駆動装置300を説明するための概略図であり、図4(A)に対応する図である。It is the schematic for demonstrating the power transmission type drive device 300 of this invention which concerns on 3rd Embodiment, and is a figure corresponding to FIG. 4 (A). 第3実施形態に係る本発明の動力伝達型駆動装置300に設けられるステータ17を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the stator 17 provided in the power transmission type drive device 300 of this invention which concerns on 3rd Embodiment. 第4実施形態に係る本発明の動力伝達型駆動装置400を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the power transmission type drive device 400 of this invention which concerns on 4th Embodiment. 第4実施形態に係る本発明の動力伝達型駆動装置400を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the power transmission type drive device 400 of this invention which concerns on 4th Embodiment. 第5実施形態に係る本発明の動力伝達型駆動装置500を説明するための概略図であり、図4(A)に対応する図である。It is the schematic for demonstrating the power transmission type drive device 500 of this invention which concerns on 5th Embodiment, and is a figure corresponding to FIG. 4 (A). 第6実施形態に係る本発明の動力伝達型駆動装置600を説明するための概略図であり、図4(A)に対応する図である。It is the schematic for demonstrating the power transmission type drive device 600 of this invention which concerns on 6th Embodiment, and is a figure corresponding to FIG. 4 (A). 規制手段19aを説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the control means 19a. 規制手段29aを説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the control means 29a. 実施例に係る動力伝達型駆動装置を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the power transmission type drive device which concerns on an Example.

本発明の上記した作用および利得は、以下に説明する発明を実施するための形態から明らかにされる。以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下に示す形態は本発明の例示であり、本発明がこれらの形態に限定されるものではない。   The above-described effects and advantages of the present invention will be apparent from the modes for carrying out the invention described below. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the form shown below is an illustration of this invention, and this invention is not limited to these forms.

1.ベルクランク型駆動装置
図1を参照しつつ本発明のベルクランク型駆動装置の1つの実施形態について説明する。図1はベルクランク型駆動装置10の動作態様を説明するための概略図であり、ベルクランク型駆動装置10の回転中心Oに直交する断面(厚み方向に直交する断面)を表している。図1に示したように、ベルクランク機構装置10は作用部材4を可動するものであり、第1固定手段1、圧電素子2、ベルクランク3がこの順で連結されている。ベルクランク型駆動装置10は、図1に表れている断面形状を有して図1の紙面表裏方向に延在し、図1の紙面表裏方向に所定の厚みを有している。
1. Bell Crank Drive One embodiment of the bell crank drive of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic view for explaining the operation mode of the bell crank type drive device 10, and shows a cross section (a cross section perpendicular to the thickness direction) orthogonal to the rotation center O of the bell crank type drive device 10. As shown in FIG. 1, the bell crank mechanism device 10 moves the action member 4, and the first fixing means 1, the piezoelectric element 2 and the bell crank 3 are connected in this order. The bell crank type drive device 10 has a cross-sectional shape shown in FIG. 1 and extends in the front and back direction in FIG. 1 and has a predetermined thickness in the front and back direction in FIG.

1.1.第1固定手段1
ベルクランク型駆動装置10において、第1固定手段1は、圧電素子2の一端2aを固定するための手段である。第1固定手段1の形態は、圧電素子2の一端2aを固定し、圧電素子2が当該第1固定手段1を固定端として伸縮可能な形態であれば、特に限定されるものではない。例えば、ベルクランク型駆動装置10を設置する箇所(不図示)に固定された金属片やプラスチック片、セラミックス片等を第1固定手段1とすることができる。
1.1. First fixing means 1
In the bell crank type drive device 10, the first fixing means 1 is a means for fixing one end 2a of the piezoelectric element 2. The form of the first fixing means 1 is not particularly limited as long as the end 2a of the piezoelectric element 2 is fixed and the piezoelectric element 2 can be expanded and contracted using the first fixing means 1 as the fixed end. For example, a metal piece, a plastic piece, a ceramic piece or the like fixed to a location (not shown) where the bell crank type drive device 10 is installed can be used as the first fixing means 1.

1.2.圧電素子2
ベルクランク型駆動装置10において、圧電素子2は、一端2aが第1固定手段1に固定され、当該第1固定手段1を固定端として伸縮する素子である。圧電素子2は伸縮型の圧電素子であれば特に限定されるものではなく、例えば伸縮方向に圧電素子が複数積層されてなる積層型圧電素子を適用することができる。圧電素子2の伸長量については、ベルクランク3等の形状、大きさ等に合わせて決定することができるが0.01μm〜30μmに設定するのが好ましい。
1.2. Piezoelectric element 2
In the bell crank type drive device 10, the piezoelectric element 2 is an element which is fixed to the first fixing means 1 at one end 2a and which expands and contracts with the first fixing means 1 as the fixed end. The piezoelectric element 2 is not particularly limited as long as it is a stretchable piezoelectric element. For example, a multilayer piezoelectric element in which a plurality of piezoelectric elements are stacked in the stretch direction can be applied. The amount of expansion of the piezoelectric element 2 can be determined in accordance with the shape, size, etc. of the bell crank 3 or the like, but is preferably set to 0.01 μm to 30 μm.

1.3.ベルクランク3
ベルクランク型駆動装置10において、ベルクランク3は、一端3aが圧電素子2の他端2bに連結され、他端3bが作用部材4に接触する、圧電素子2の伸縮に伴って回動する部材である。図1には、作用部材が他端3bに連結された形態を示した。ベルクランク3の構成材としては、一端3aが圧電素子2からの押圧力を受けて変形することなく回動し、且つ、作用部材を可動させることが可能な剛性を有する材料であればよく、例えば、金属やプラスチック、セラミックス等から構成することができる。
1.3. Bell crank 3
In the bell crank type drive device 10, the bell crank 3 is a member which is connected to the other end 2b of the piezoelectric element 2 and whose other end 3b is in contact with the action member 4 and which rotates with expansion and contraction of the piezoelectric element 2 It is. FIG. 1 shows an embodiment in which the action member is connected to the other end 3b. As a component of the bell crank 3, any material may be used as long as it has a rigidity that allows one end 3 a to rotate without receiving pressure from the piezoelectric element 2 and deforming the action member, and For example, it can be composed of metal, plastic, ceramics and the like.

ベルクランク3の形状は、圧電素子2の他端2bに連結するアーム3sと、作用部材4と接するアーム3tとを有し、後述するように、ベルクランク機構により圧電素子2の伸長量を変位拡大するために、ベルクランク3の回転中心Oから、ベルクランク3と圧電素子2とが連結する面の幅を垂直に2等分する直線L1までの距離をs、ベルクランク3の回転中心Oから、ベルクランク3と作用部材とが連結する面の幅を垂直に2等分する直線L2までの距離をt、とするとき、t/s>1となるように形成する。このようなベルクランクの形状としては、例えば、L字型やV字型、I字型とすることができる。中でもL字型が好ましい。なお、アーム3s及びアーム3tは一体であってもよく、別部材であってもよいが、一体である場合は圧電素子の動力を損失なく伝達することができるため好ましい。ただし、圧電素子の動力を損失なく伝達することができれば、別部材であってもよい。   The shape of the bell crank 3 includes an arm 3 s connected to the other end 2 b of the piezoelectric element 2 and an arm 3 t in contact with the action member 4, and the amount of expansion of the piezoelectric element 2 is displaced by the bell crank mechanism as described later. In order to enlarge, the distance from the rotation center O of the bell crank 3 to the straight line L1 which divides the width of the surface where the bell crank 3 and the piezoelectric element 2 are vertically divided into two vertically is the rotation center O of the bell crank 3 From the above, it is formed such that t / s> 1 where t is a distance to a straight line L2 which bisects the width of the surface connecting the bell crank 3 and the acting member vertically. As a shape of such a bell crank, for example, an L shape, a V shape, or an I shape can be used. Among them, L-shaped is preferable. The arm 3s and the arm 3t may be integral or separate members, but if integral, it is preferable because the power of the piezoelectric element can be transmitted without loss. However, as long as the power of the piezoelectric element can be transmitted without loss, it may be a separate member.

ここで、「ベルクランク3と圧電素子2とが連結する面」とは、ベルクランク3と圧電素子2とが直接連結する場合はベルクランク3と圧電素子2が接触する面を言い、ベルクランク3と圧電素子2とが他の部材を介して連結する場合は、他の部材とベルクランク3とが接触する面を言う。「ベルクランク3と作用部材とが連結する面」とは、ベルクランク3と作用部材とが直接連結する場合はベルクランク3と作用部材とが接触する面を言い、ベルクランク3と作用部材とが他の部材を介して連結する場合は、他の部材と作用部材とが接触する面を言う。「ベルクランク3と圧電素子2とが連結する面の幅」とは、ベルクランク3の回転中心Oに直交する断面において、ベルクランク3と圧電素子2とが連結する面における2つの端部を結ぶ長さである。「ベルクランク3と作用部材とが連結する面の幅」も同様に、ベルクランク3の回転中心Oに直交する断面において、ベルクランク3と作用部材とが連結する面における2つの端部を結ぶ長さである。ベルクランク3と圧電素子2とが連結する面の幅はベルクランク3と作用部材とが連結する面の幅よりも大きいことが好ましい。ここで言う作用部材とは、作用部材4全体を指す意味ではなく、装置において実質的に作用する部材のみを意味する。例えば、図1では作用部4bが、ここで言う「作用部材」に該当する。
図1では、ベルクランク3と圧電素子2とは直接接触している。よって、直線L1はベルクランク3と圧電素子2とが接触する面の幅を垂直に2等分する直線となる。ベルクランク3と作用部4bとは、第1係合部4aを介して間接的に接触している。よって、直線L2は第1係合部4aと作用部4bとが接触する面の幅を垂直に2等分する直線となる。このように、作用部4bは装置において実質的に作用し得る部分のみを切り取って考える。切り取る面はベルクランクと他の部材(第1係合部4a)とが接触する面と平行な方向であることが好ましい。図1のように他の部材である第1係合部4aがベルクランク3に貫入している場合は、第1係合部4aが貫入しているベルクランク3の面をベルクランク3と第1係合部4aとが接触する面とみなすことができる。ベルクランク3と圧電素子2とが他の部材を介して連結する場合も同様に考える。
Here, "the surface where the bell crank 3 and the piezoelectric element 2 are connected" means the surface where the bell crank 3 and the piezoelectric element 2 are in contact when the bell crank 3 and the piezoelectric element 2 are directly connected. When 3 and the piezoelectric element 2 are connected via another member, the surface where the other member and the bell crank 3 contact is said. "The surface where the bell crank 3 and the action member are connected" means the surface where the bell crank 3 and the action member contact when the bell crank 3 and the action member are directly connected, and the bell crank 3 and the action member When connecting via other members, it means the surface where other members and the action member contact. “The width of the surface where the bell crank 3 and the piezoelectric element 2 are connected” refers to two end portions in the surface where the bell crank 3 and the piezoelectric element 2 are connected in a cross section orthogonal to the rotation center O of the bell crank 3 It is a connecting length. Similarly, “a width of a surface where the bell crank 3 and the action member are connected” also connects two ends in a face where the bell crank 3 and the action member are connected in a cross section orthogonal to the rotation center O of the bell crank 3 It is a length. The width of the surface where the bell crank 3 and the piezoelectric element 2 are connected is preferably larger than the width of the surface where the bell crank 3 and the action member are connected. The action member herein does not mean to indicate the entire action member 4 but means only a member substantially acting on the device. For example, in FIG. 1, the action part 4 b corresponds to the “action member” mentioned here.
In FIG. 1, the bell crank 3 and the piezoelectric element 2 are in direct contact with each other. Therefore, the straight line L1 is a straight line which vertically bisects the width of the contact surface between the bell crank 3 and the piezoelectric element 2. The bell crank 3 and the acting portion 4b are in direct contact with each other via the first engaging portion 4a. Therefore, the straight line L2 is a straight line which vertically bisects the width of the surface where the first engagement portion 4a and the action portion 4b contact. Thus, the action part 4b cuts out and considers only the part that can substantially act in the device. It is preferable that the surface to be cut out is in a direction parallel to the surface where the bell crank and the other member (first engaging portion 4a) contact. When the first engaging portion 4a which is another member penetrates into the bell crank 3 as shown in FIG. 1, the surface of the bell crank 3 into which the first engaging portion 4 a penetrates is divided into the bell crank 3 and the third crank crank. It can be regarded as a surface in contact with the first engaging portion 4a. The same applies to the case where the bell crank 3 and the piezoelectric element 2 are connected via other members.

ここで、回転中心Oについて、図1(A)を用いて説明する。
回転中心Oはベルクランク3の回動の回転軸であり、ベルクランク3が自由回転し得るときはベルクランク3の重心となる。しかし、ベルクランク3は圧電素子2、又は圧電素子2及び後述するベルクランク支持部6によって支持されるため、多くの場合回転中心Oは重心からずれ、ベルクランク3とベルクランク支持部6と接触する外側の端点(図1(A)のI)又はその近傍に位置する。ベルクランク支持部6が剛体である場合、回転中心Oは端点Iと一致する。一方で、ベルクランク支持部6にヒンジ6b等が備えられて、ある程度の可撓性を備える場合は、回転中心Oは端点Iの近傍となる。図1(A)、(B)は、回転中心Oが端点Iの近傍となる形態を例示している。
Here, the rotation center O will be described with reference to FIG.
The rotation center O is a rotation axis of rotation of the bell crank 3, and when the bell crank 3 can freely rotate, it becomes the center of gravity of the bell crank 3. However, since the bell crank 3 is supported by the piezoelectric element 2 or the piezoelectric element 2 and the bell crank supporting portion 6 described later, in many cases the rotation center O deviates from the center of gravity and contacts the bell crank 3 and the bell crank supporting portion 6 Located at or near the outer end point (I in FIG. 1 (A)). When the bell crank support 6 is a rigid body, the rotation center O coincides with the end point I. On the other hand, when the bell crank support portion 6 is provided with the hinge 6b or the like and has a certain degree of flexibility, the rotation center O is in the vicinity of the end point I. FIGS. 1A and 1B illustrate an embodiment in which the rotation center O is in the vicinity of the end point I. FIG.

1.4.作用部材4
ベルクランク機構10において、作用部材4は圧電素子2の伸縮に伴うベルクランク3の回動によって可動する部材であれば特に限定されない。図1では、作用部材4がL字型の断面を有してベルクランク3に係合する第1係合部4a、およびI字型の断面を有する作用部4bを備え、第1係合部4aにより一端がベルクランク3に連結され、固定されている。そして、図1の作用部材4はベルクランクの回動に伴って可動する。ただし、作用部材4はこのようにベルクランク3に固定されている形態だけでなく、ベルクランク3から離れて位置し、ベルクランク3が回動することにより接触して、可動する形態等も含む。図1では、作動部材4が部材Zの上を滑る機構を示している。
作用部材4の構成材としては、特に限定されず、例えば、金属やプラスチック等から構成することができる。
1.4. Working member 4
In the bell crank mechanism 10, the action member 4 is not particularly limited as long as it is a member movable by the rotation of the bell crank 3 accompanying the expansion and contraction of the piezoelectric element 2. In FIG. 1, the operating member 4 has a first engaging portion 4a having an L-shaped cross section and engaged with the bell crank 3 and an operating portion 4b having an I-shaped cross section, the first engaging portion One end is connected and fixed to the bell crank 3 by 4a. And the action | operation member 4 of FIG. 1 is moved with rotation of a bell crank. However, not only the form in which the action member 4 is thus fixed to the bell crank 3 but also the form in which the action member 4 is located apart from the bell crank 3 and moves by contacting by moving the bell crank 3 . In FIG. 1, the mechanism in which the actuating member 4 slides on the member Z is shown.
It does not specifically limit as a component of the action member 4, For example, it can comprise from a metal, a plastics, etc.

1.5.ベルクランク支持部6
ベルクランク型駆動装置10は、第1固定手段1とベルクランク3とを連結し、ベルクランク3を支持するベルクランク支持部6を備えることが好ましい。ベルクランク支持部6は、ヒンジ6aを有することが好ましい。ベルクランク支持部6がヒンジ6aを有することにより、圧電素子2の伸縮に伴うベルクランク3の回動を容易にすることができる。ヒンジ6aの位置は、ベルクランク3の回動が可能であれば特に限定されないが、ベルクランク3側の端部に設けられることが好ましい。ベルクランク支持部6の構成材は、ベルクランク3を支持しつつ、ベルクランク3の回動を容易にするものであれば特に限定されない。例えば、金属やプラスチック等で構成することができる。ヒンジ6aは、回動を容易にする観点から、切欠き部6bが形成された弾性ヒンジであることが好ましい。
なお、後述するように、ヒンジはベルクランク支持部6に設けられる代わりに、ベルクランク3に設けられていてもよい。
1.5. Bell crank support 6
Preferably, the bell crank type drive device 10 includes a bell crank support portion 6 that connects the first fixing means 1 and the bell crank 3 and supports the bell crank 3. The bell crank support 6 preferably has a hinge 6a. The bell crank support 6 having the hinge 6 a can facilitate the rotation of the bell crank 3 along with the expansion and contraction of the piezoelectric element 2. The position of the hinge 6 a is not particularly limited as long as the bell crank 3 can be pivoted, but is preferably provided at the end on the bell crank 3 side. The components of the bell crank support 6 are not particularly limited as long as they support the bell crank 3 and facilitate the rotation of the bell crank 3. For example, it can be made of metal, plastic or the like. The hinge 6a is preferably an elastic hinge in which the notch 6b is formed from the viewpoint of facilitating rotation.
Note that, as described later, the hinge may be provided on the bell crank 3 instead of being provided on the bell crank support 6.

1.6.ベルクランク型駆動装置10における変位拡大
図2は、ベルクランク型駆動装置10による変位拡大を模式的に説明する図であり、L字型のベルクランク3が角度θで回転した時の回動前後の様子を示す概略断面図である。図2において、長さs、tは上記のとおりである。また、Sはベルクランク3がθ回動したときのアーム3sの変位量を表し、Tはベルクランク3がθ回動したときのアーム3tの変位量を表す。
図2に示したベルクランク型駆動装置10によれば、変位量Sはt/s倍(t>s)に拡大され、変位量Tとなる(以下、この効果を「第1変位拡大効果」という場合がある。)。ただし、圧電素子2、ベルクランク3、及び作用部材4はある程度の厚みを有するため、その厚み分の誤差が生じる可能性がある。
1.6. Displacement Expansion in Bell Crank Drive 10 FIG. 2 is a view for schematically explaining the displacement expansion by the bell crank drive 10, and shows the front and rear rotation when the L-shaped bell crank 3 is rotated at an angle θ. It is a schematic sectional drawing which shows the mode of. In FIG. 2, the lengths s and t are as described above. Further, S represents the displacement of the arm 3s when the bell crank 3 rotates by θ, and T represents the displacement of the arm 3t when the bell crank 3 rotates by θ.
According to the bell crank type drive device 10 shown in FIG. 2, the displacement amount S is enlarged by t / s times (t> s) to become the displacement amount T (hereinafter, this effect is referred to as “first displacement enlargement effect” Sometimes). However, since the piezoelectric element 2, the bell crank 3, and the action member 4 have a certain thickness, errors due to the thickness may occur.

ここで、本発明の圧電素子2の伸縮量及びベルクランクの大きさが非常に小さいことを考慮すると、回転中心Oが端点Iに一致するとみなすことができる。また、長さsは、端点Iからベルクランク3と圧電素子2とが連結する面の幅の遠い方の端部を通る直線L1に平行な直線までの長さ、図2ではアーム3sの圧電素子2の伸縮方向に直交する方向(アーム3sの長手方向)の長さAとみなすことができる。長さtは、端点Iからベルクランク3と作用部材4とが連結する面の幅の遠い方の端部を通る直線L2に平行な直線までの長さ、図2ではアーム3tの圧電素子の伸縮方向に直交する方向にアーム3s及びアーム3tのなす角を加えた方向(アーム3tの長手方向)の長さBとみなすことができる。また、変位量Sは、図2ではアーム3sの圧電素子2の伸縮方向(アーム3sの短手方向)の変位量d(圧電素子2の伸縮量)とみなすことができる。変位量Tは、図2ではアーム3tの圧電素子2の伸縮方向にアーム3s及びアーム3tのなす角を加えた方向(アーム3tの短手方向)の変位量d(ベルクランクの変位量)とみなすことができる。
よって、本発明の圧電素子2の伸縮量及びベルクランク3の大きさが非常に小さいことを考慮すると、上述の「変位量Sはt/s倍に拡大され、変位量Tとなる」は、「圧電素子2の伸縮量dはB/A倍に拡大され、ベルクランク3の変位量dとなる」とみなすことができる。
ここで、「圧電素子2の伸縮量及びベルクランクの大きさが非常に小さい」とは、圧電素子の伸縮量が0.01μm以上30μm以下であり、ベルクランクの大きさ、例えば長さA、Bが当該圧電素子の伸縮量の10倍以下、好ましくは5×10倍以下、さらに好ましくは10倍以下であることを言う。
Here, considering that the amount of expansion and contraction of the piezoelectric element 2 of the present invention and the size of the bell crank are very small, it can be considered that the rotation center O coincides with the end point I. Further, the length s is a length from the end point I to a straight line parallel to a straight line L1 passing through the far end of the width of the surface connecting the bell crank 3 and the piezoelectric element 2; in FIG. It can be regarded as a length A in a direction (longitudinal direction of the arm 3s) orthogonal to the expansion and contraction direction of the element 2. The length t is the length from the end point I to the straight line parallel to the straight line L2 passing through the far end of the width of the face where the bell crank 3 and the action member 4 are connected, and in FIG. The length B can be regarded as a direction (longitudinal direction of the arm 3t) obtained by adding the angle formed by the arm 3s and the arm 3t in the direction orthogonal to the expansion and contraction direction. Further, the displacement amount S can be regarded as the displacement amount d 1 (the expansion / contraction amount of the piezoelectric element 2) in the expansion / contraction direction (the lateral direction of the arm 3s) of the piezoelectric element 2 of the arm 3s in FIG. The amount of displacement T is the amount of displacement d 2 (the amount of displacement of the bell crank) in the direction (the lateral direction of the arm 3 t) in which the angle formed by the arm 3 s and the arm 3 t is added to the expansion and contraction direction of the piezoelectric element 2 of the arm 3 t in FIG. It can be regarded as
Therefore, in consideration of the fact that the amount of expansion and contraction of the piezoelectric element 2 of the present invention and the size of the bell crank 3 are very small, the above-mentioned “displacement amount S is enlarged by t / s times to become displacement amount T” is It can be considered that “the amount of expansion and contraction d 1 of the piezoelectric element 2 is enlarged by B / A and becomes the amount of displacement d 2 of the bell crank 3”.
Here, “the expansion amount of the piezoelectric element 2 and the size of the bell crank are very small” means that the expansion amount of the piezoelectric element is 0.01 μm or more and 30 μm or less, and the size of the bell crank, for example, the length A, B is less than 10 5 times the amount of expansion or contraction of the piezoelectric element, preferably 5 × 10 4 times or less, more preferably it refers to is 104 times less.

これを、図1に適用すると次のようになる。図1(B)に示すように、圧電素子2の伸縮に伴うベルクランク3の回動により、圧電素子2の伸縮量dが、圧電素子2の伸縮方向(図1の紙面上下方向。以下、「Y方向」ということがある。)に直交する方向(図1の紙面左右方向。以下、「X方向」ということがある。)の変位量dに拡大される。そして拡大した片により作用部材4が可動する。これにより駆動に必要な変位量を得るために必要な圧電素子のサイズを小型化することができ、ベルクランク型駆動装置を含む装置を小型化することが可能となる。 When this is applied to FIG. 1, it becomes as follows. As shown in FIG. 1B, the amount of expansion and contraction d 1 of the piezoelectric element 2 due to the rotation of the bell crank 3 accompanying the expansion and contraction of the piezoelectric element 2 is the expansion and contraction direction of the piezoelectric element 2 (vertical direction in FIG. sometimes referred to as "Y direction". a direction perpendicular to) (left-right direction in FIG. 1. the following is enlarged to the displacement amount d 2 of sometimes referred to as "X direction".). Then, the action member 4 is moved by the enlarged piece. As a result, the size of the piezoelectric element necessary to obtain the displacement amount necessary for driving can be miniaturized, and the apparatus including the bell crank type driving device can be miniaturized.

このような変位拡大は、図1、図2のL字型形状のベルクランク3に限定されず、図3に示したように、ベルクランクのアーム3s、アーム3tのなす角度を任意の角度に設定したベルクランク3にも適用できる。これにより、変位拡大の方向をベルクランクの形状により任意の方向に調整することができるため、設置場所に制約がある場合でも装置の設置が可能となる。
なお、図3では、図1、図2に示したL字型のベルクランク(アーム3s及びアーム3tのなす角度90°)を基準とし、該基準からアーム3tが時計回りに回動した形態を+で表し、反時計回りに回動した形態を−で表したとき、±45°(V字型)、±90°(I字型)、±135°(V字型)、±180°(L字型)の形態を示した。ただし、L字型、I字型は上記の角度に限定されず、±5°の誤差範囲を含む。V字型形状も上記の角度に限定されず、L字型、I字型以外の場合全てがV字型に該当する。
Such displacement enlargement is not limited to the L-shaped bell crank 3 in FIGS. 1 and 2, but as shown in FIG. 3, the angle formed by the arms 3 s and 3 t of the bell crank is an arbitrary angle. The present invention is also applicable to the set bell crank 3. As a result, the direction of displacement expansion can be adjusted in an arbitrary direction by the shape of the bell crank, so installation of the device becomes possible even when the installation place is restricted.
In FIG. 3, based on the L-shaped bell crank shown in FIGS. 1 and 2 (the angle 90 ° between the arm 3 s and the arm 3 t), the arm 3 t is rotated clockwise from the reference. When it is represented by + and the form rotated counterclockwise is represented by −, ± 45 ° (V-shaped), ± 90 ° (I-shaped), ± 135 ° (V-shaped), ± 180 ° L-shaped) is shown. However, the L-shape and the I-shape are not limited to the above angles, but include an error range of ± 5 °. The V-shaped shape is not limited to the above angle, and all cases other than L-shaped and I-shaped correspond to V-shaped.

以上のとおり、本発明のベルクランク型駆動装置によれば、ベルクランクを介して圧電素子の伸縮量(変位量)を拡大することができるため、装置の小型化が可能となる。また、変位拡大の方向をベルクランクの形状により任意の方向に調整することができるため、設置場所に制約がある場合でも装置の設置が可能となる。   As described above, according to the bell crank type drive device of the present invention, the amount of expansion and contraction (displacement amount) of the piezoelectric element can be expanded through the bell crank, so the device can be miniaturized. In addition, since the direction of displacement expansion can be adjusted in an arbitrary direction by the shape of the bell crank, installation of the device becomes possible even when the installation place is restricted.

2.動力伝達型駆動装置
次に、上記で説明した本発明のベルクランク型駆動装置を備える動力伝達型駆動装置について、各実施形態を例示して説明する。なお、本発明の動力伝達型駆動装置では作用部材として板状弾性部材を用いている。ベルクランクはL字型のものを用いている。また、以下の実施形態において、上記で説明した本発明のベルクランク型駆動装置と重複する部材については同一符号を付し、説明を省略する。さらに、以下の実施形態においては、圧電素子の伸縮量及びベルクランクの大きさが非常に小さいこととする。ただし、本発明はこれに限定されない。
2. Power Transmission Drive Device Next, a power transmission drive device including the bell-crank drive device of the present invention described above will be described by way of illustrating each embodiment. In the power transmission type drive device of the present invention, a plate-like elastic member is used as the action member. The bell crank uses an L-shaped one. Further, in the following embodiments, the same reference numerals are given to members overlapping with the bell crank type drive device of the present invention described above, and the description will be omitted. Furthermore, in the following embodiments, it is assumed that the amount of expansion and contraction of the piezoelectric element and the size of the bell crank are very small. However, the present invention is not limited to this.

2.1.第1実施形態
図4を参照しつつ第1実施形態の動力伝達型駆動装置100について説明する。図4は動力伝達型駆動装置100の動作態様を説明するための概略図であり、動力伝達型駆動装置100の厚み方向に直交する断面(ベルクランクの回転中心に直交する断面)を表している。図4に示すように動力伝達型駆動装置100は、第1固定手段1、圧電素子2、ベルクランク3、板状弾性部材14および第2固定手段5がこの順に連結されてなるステータ7、並びに、ステータ7の板状弾性部材14との相互作用によって動作する可動部8、を備えている。動力伝達型駆動装置100は、図1に表れている断面形状を有して図1の紙面表裏方向に延在し、図1の紙面表裏方向に所定の厚みを有している。なお、図1に示した可動部8はロータ円板であるが、本発明は当該形態に限定されるものではなく、可動部としてスライダのような直線移動体を用いてもよい。
2.1. First Embodiment A power transmission drive apparatus 100 according to a first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a schematic view for explaining the operation mode of the power transmission drive device 100, and shows a cross section orthogonal to the thickness direction of the power transmission drive device 100 (cross section orthogonal to the rotation center of the bell crank). . As shown in FIG. 4, the power transmission type drive device 100 includes a stator 7 in which a first fixing means 1, a piezoelectric element 2, a bell crank 3, a plate-like elastic member 14 and a second fixing means 5 are connected in this order. The movable portion 8 is operated by interaction with the plate-like elastic member 14 of the stator 7. The power transmission type drive device 100 has the cross-sectional shape shown in FIG. 1 and extends in the front and back direction of the paper surface of FIG. 1 and has a predetermined thickness in the front and back direction of the paper surface of FIG. In addition, although the movable part 8 shown in FIG. 1 is a rotor disc, this invention is not limited to the said form, You may use a linear moving body like a slider as a movable part.

2.1.1.板状弾性部材14
動力伝達型駆動装置10において、板状弾性部材14は、圧電素子2の伸縮に伴うベルクランク3の回動に伴って、撓みが発生または解消される部材であり、ベルクランク3の端部3bと第2固定手段5との間の距離に依存して撓み量が変化するものである。図4に示すように、板状弾性部材14は、L字型の断面を有してベルクランク3に係合する第1係合部14a、ベルクランク3の回動により撓みを生じる撓み部14b、および、I字型の断面を有して第2固定手段5に係合する第2係合部14cからなり、第1係合部14aにより一端がベルクランク3に、第2係合部14cにより他端が第2固定部材5にそれぞれ連結され、固定されている。図4(B)に示すように、圧電素子2の伸縮に伴うベルクランク3の回動に伴い、板状弾性部材14の撓み部14bに撓みが発生する。板状弾性部材14の構成材としては、弾性を有する材料であればよく、例えば、金属やプラスチック等から構成することができる。板状弾性部材14の形状は、撓み部14bを有し、撓みが解消された状態において、撓み部14bに湾曲のない形状であればよい。例えば、板状弾性部材14が撓み部14bのみからなり、撓み部14bの端部14b、14bが接着材等によりそれぞれベルクランク3の端部3b、第2固定手段5の端部5aに固定されている形態であってもよい。板状弾性部材14の撓み部14bの形状は、例えば、撓みが解消された状態において、ベルクランクの端部3bと第2固定手段5とを結ぶ直線に沿った形状とすることができる。ただし、後述するように、板状弾性部材14の撓み部14bを多少湾曲させることで、撓み部14bの撓みの方向を規制してもよい。板状弾性部材14の撓み部14bの厚みや大きさは、可動部8の形状や大きさ等に合わせて決定することができる。上述したように、圧電素子2の伸長およびベルクランク3の回動によって、数ミクロン程度(0.01μm〜30μm)の撓み(変形)を伴うものが好ましい。なお、第1係合部14aのうち撓み部14bの一端14bから圧電素子2の伸縮方向に延びる片、および、第2係合部14cは、後述する規制手段としても機能し、撓みの方向を可動部8側に規制する。
2.1.1. Plate-like elastic member 14
In the power transmission type drive device 10, the plate-like elastic member 14 is a member in which bending is generated or eliminated with rotation of the bell crank 3 accompanying expansion and contraction of the piezoelectric element 2, and the end 3b of the bell crank 3 is The amount of deflection varies depending on the distance between the second fixing means 5 and the second fixing means 5. As shown in FIG. 4, the plate-like elastic member 14 has an L-shaped cross section and engages with the bell crank 3, a first engaging portion 14 a, and a bending portion 14 b that causes the bell crank 3 to bend. And a second engaging portion 14c having an I-shaped cross section and engaged with the second fixing means 5, and the first engaging portion 14a brings one end to the bell crank 3 and the second engaging portion 14c. Thus, the other ends are respectively connected and fixed to the second fixing member 5. As shown in FIG. 4B, with the rotation of the bell crank 3 accompanied by the expansion and contraction of the piezoelectric element 2, bending occurs in the bending portion 14b of the plate-like elastic member 14. The constituent material of the plate-like elastic member 14 may be any material having elasticity, and can be made of, for example, metal, plastic or the like. The shape of the plate-like elastic member 14 may be a shape having a bending portion 14 b and having no bending in the bending portion 14 b in a state where the bending is eliminated. For example, only made the flexure 14b elastic plate member 14, the end portion 14b 1, 14b 2 of the bending portion 14b is adhesive or the like end 3b of the bell crank 3, respectively, the end portion 5a of the second fastening means 5 It may be in a fixed form. The shape of the bending portion 14b of the plate-like elastic member 14 can be, for example, a shape along a straight line connecting the end 3b of the bell crank and the second fixing means 5 in a state where the bending is eliminated. However, as described later, the bending direction of the bending portion 14b may be regulated by slightly bending the bending portion 14b of the plate-like elastic member 14. The thickness and size of the flexible portion 14 b of the plate-like elastic member 14 can be determined in accordance with the shape, size, and the like of the movable portion 8. As described above, it is preferable to use one with a few microns (0.01 μm to 30 μm) of deflection (deformation) by the expansion of the piezoelectric element 2 and the rotation of the bell crank 3. The direction of the strip extending from one end 14b 1 of the bending portion 14b in the expansion and contraction direction of the piezoelectric element 2 of the first engagement portion 14a, and the second engagement portion 14c also functions as the regulating means described later, the deflection To the movable portion 8 side.

2.1.2.第2固定手段5
動力伝達型駆動装置100において、第2固定手段5は、板状弾性部材14の第2係合部14cと係合し、第2係合部14cおよび撓み部14bの一端14bを固定するための手段である。第2固定手段5の形態は、第2係合部14cおよび撓み部14bの一端14bを固定し、撓み部14bをベルクランク3と第2固定手段5との間に拘束可能な形態であれば、特に限定されるものではない。例えば、動力伝達型駆動装置100を設置する箇所(不図示)に固定した金属片やプラスチック片、セラミックス片等を第2固定手段5とすることができる。
2.1.2. Second fixing means 5
In the power transmission type drive device 100, the second fixing means 5 engages with the second engaging portion 14c of the plate-like elastic member 14 to fix the second engaging portion 14c and one end 14b 2 of the bending portion 14b. Means of Form of the second fixing means 5, one end 14b 2 fixed to the second engagement portion 14c and the bending portion 14b, there flexure portion 14b in a restraint forms between the bell crank 3 and the second fastening means 5 For example, it is not particularly limited. For example, a metal piece, a plastic piece, a ceramic piece or the like fixed to a location (not shown) where the power transmission drive device 100 is installed can be used as the second fixing means 5.

2.1.3.ステータ7
動力伝達型駆動装置100において、ステータ7は、上記した第1固定手段1、圧電素子2、ベルクランク3、板状弾性部材14および第2固定手段5がこの順に連結されてなるものである。これにより、第1固定手段1を固定端として圧電素子2が伸縮することによって、ベルクランク3が回動してベルクランク3の板状弾性部材14側の端部3bと第2固定手段5との距離が増減し、ベルクランク3の板状弾性部材14側の端部3bと第2固定手段5との距離が減少するにつれて、板状弾性部材14に生じる撓みが増大するように構成することができる。
2.1.3. Stator 7
In the power transmission type drive device 100, the stator 7 is formed by connecting the first fixing means 1, the piezoelectric element 2, the bell crank 3, the plate-like elastic member 14 and the second fixing means 5 in this order. Thus, the bell crank 3 is rotated by the expansion and contraction of the piezoelectric element 2 with the first fixing means 1 as the fixed end, and the end 3 b of the bell crank 3 on the plate-like elastic member 14 side and the second fixing means 5 As the distance between the second fixing means 5 and the end 3b of the bell crank 3 on the side of the plate-like elastic member 14 decreases, the deflection produced in the plate-like elastic member 14 increases. Can.

動力伝達型駆動装置10においては、図4(B)に示すように、圧電素子2の伸縮に伴うベルクランク3の回動により、圧電素子2の伸縮量dが、圧電素子2の伸縮方向(図4の紙面上下方向。以下、「Y方向」ということがある。)に直交する方向(図4の紙面左右方向。以下、「X方向」ということがある。)の変位量dに拡大され、さらにX方向の変位量dが、板状弾性部材4によりY方向の撓み量dに拡大される。このように、動力伝達型駆動装置10においては、圧電素子2の伸縮量dが、ベルクランク3および板状弾性部材14による2段階の変位拡大を経て、d<d<dとなるように撓み量dに拡大される。よって、本発明の動力伝達型駆動装置によれば、圧電素子の伸縮のみを利用する従来の動力伝達型駆動装置、あるいは、板状弾性部材のしゃくとり虫型変形のみを利用して圧電素子の伸縮量を拡大する従来の動力伝達型駆動装置よりも、ステータの変位量を増大させることが可能となる。これにより駆動に必要な変位量を得るために必要な圧電素子のサイズを小型化し、動力伝達型駆動装置を小型化することが可能となる。 In the power transmission driving device 10, as shown in FIG. 4 (B), by the rotation of the bell crank 3 with the expansion and contraction of the piezoelectric element 2, expansion amount d 1 of the piezoelectric element 2, the elongating and contracting direction of the piezoelectric element 2 (up-down direction in FIG. 4. hereinafter, sometimes referred to as "Y direction".) direction perpendicular to the (left-right direction in FIG. 4. hereinafter, sometimes referred to as "X direction".) of the displacement amount d 2 is enlarged, further X-direction displacement amount d 2, is magnified by the plate-like elastic member 4 to the deflection amount d 3 in the Y direction. Thus, in the power transmission-type drive 10, expansion amount d 1 of the piezoelectric element 2, through the displacement enlarging two-stage due to the bell crank 3 and the plate-like elastic member 14, and d 1 <d 2 <d 3 So that the deflection amount d 3 is enlarged. Therefore, according to the power transmission type drive device of the present invention, the conventional power transmission type drive device using only expansion and contraction of the piezoelectric element or the piezoelectric element using only the shear insect type deformation of the plate-like elastic member The amount of displacement of the stator can be increased as compared with the conventional power transmission drive device in which the amount of expansion and contraction is increased. As a result, it is possible to miniaturize the size of the piezoelectric element necessary to obtain the displacement amount necessary for driving, and miniaturize the power transmission type driving device.

次に、図5を参照しつつ、ベルクランク3の回動により得られるベルクランク3の端部3bのX方向の変位量と板状弾性部材14の撓み量との関係について説明する。
動力伝達型駆動装置10におけるベルクランク3の端部3bのX方向の変位量と、板状弾性部材14の撓み量との関係については、図5に示すように、三角形に近似して考えることができる。圧電素子2に電圧を印加した結果、圧電素子2の伸長に伴いベルクランク3が回動し、xだけベルクランク3の端部3bと第2固定手段5との距離が減少したとする。板状弾性部材14の長さ(撓みが解消された状態における長さ)をaとすると、しゃくとり虫型に撓んだ場合の撓み量yは、y=(2ax−x1/2/2となる。例えばa=20mm、x=5μmの場合、y=158μmとなり、ベルクランク3の端部3bのX方向の変位量が板状弾性部材14の撓み量へと約32倍に拡大される。
実際には板状弾性部材14が湾曲して変形するため、板状弾性部材14の材質や形状によって拡大率は小さくなるものの、いずれの場合でもベルクランク3の端部3bのX方向の変位量を拡大することができる(以下、この効果を「第2変位量拡大効果」という場合がある。)。特に、ベルクランク3の端部3bのX方向の変位量xが小さい領域において、板状弾性部材14の撓みによる第2変位量拡大効果が大きくなる。具体的には、ベルクランク3の端部3bのX方向の変位量が板状弾性部材14の撓みによって、2〜10倍程度に拡大される領域で使用することが好ましい。
Next, with reference to FIG. 5, the relationship between the displacement amount of the end 3 b of the bell crank 3 obtained by the rotation of the bell crank 3 and the deflection amount of the plate-like elastic member 14 will be described.
The relationship between the displacement amount of the end 3b of the bell crank 3 in the power transmission type drive device 10 in the X direction and the deflection amount of the plate-like elastic member 14 is considered to be approximate to a triangle as shown in FIG. Can. As a result of applying a voltage to the piezoelectric element 2, it is assumed that the bell crank 3 rotates with the expansion of the piezoelectric element 2, and the distance between the end 3b of the bell crank 3 and the second fixing means 5 decreases by x. Assuming that the length of the plate-like elastic member 14 (the length in the state in which the deflection is eliminated) is a, the amount of deflection y in the case of bending into a scoop type is y = (2ax−x 2 ) 1/2 It will be / 2. For example, in the case of a = 20 mm and x = 5 μm, y = 158 μm, and the displacement of the end 3b of the bell crank 3 in the X direction is enlarged about 32 times to the deflection of the plate-like elastic member 14.
In fact, since the plate-like elastic member 14 is curved and deformed, the enlargement ratio is reduced depending on the material and shape of the plate-like elastic member 14, but in any case, the displacement amount of the end 3b of the bell crank 3 in the X direction (Hereinafter, this effect may be referred to as “the second displacement amount enlarging effect”). In particular, in the region where the displacement amount x of the end 3b of the bell crank 3 in the X direction is small, the second displacement amount enlarging effect by the bending of the plate-like elastic member 14 becomes large. Specifically, it is preferable to use in a region where the amount of displacement of the end 3b of the bell crank 3 in the X direction is enlarged by about 2 to 10 times by the deflection of the plate-like elastic member 14.

また、動力伝達型駆動装置100においては、撓みが解消された状態において、板状弾性部材14がベルクランク3の端部3bの変位方向の延長上、且つ、略同一平面上にある。このような構成とすることで、圧電素子2の伸縮方向と直交する方向と直交する方向に凸となるように板状弾性部材14を撓ませることができ、第2変位量拡大効果が最大となる。すなわち動力伝達型駆動装置100の一層の小型化に繋がり好ましい。   Moreover, in the power transmission type drive device 100, the plate-like elastic member 14 is on the extension in the displacement direction of the end 3b of the bell crank 3 and in substantially the same plane in a state where the bending is eliminated. With such a configuration, the plate-like elastic member 14 can be bent so as to be convex in the direction orthogonal to the direction orthogonal to the expansion and contraction direction of the piezoelectric element 2, and the second displacement amount enlarging effect is maximized. Become. That is, this leads to further downsizing of the power transmission drive device 100, which is preferable.

2.1.4.可動部8
このように、圧電素子2の伸縮がベルクランク3を介して板状弾性部材4のしゃくとり虫型の撓みへと変換されることで、板状弾性部材14との相互作用によって動力伝達型駆動装置100の可動部8を動作させることができる。可動部8の形態は、動力伝達型駆動装置に一般的に使用される形態であればよく、例えば、ロータや球体等の回転体、一次元或いは二次元に動作可能とされるスライダ等の直線移動体や棒状体、平板等とすることができる。以下、図4を参照しつつ、動力伝達型駆動装置100におけるステータ7と可動部(ロータ)8の動作について説明する。
2.1.4. Movable part 8
As described above, the expansion and contraction of the piezoelectric element 2 is converted to bending of the plate-like elastic member 4 through the bell crank 3 so that the power transmission drive is performed by the interaction with the plate-like elastic member 14. The movable part 8 of the device 100 can be operated. The form of the movable part 8 may be a form generally used for a power transmission type drive device, for example, a rotary body such as a rotor or a sphere, or a straight line such as a slider operable in one or two dimensions. It can be a mobile body, a rod-like body, a flat plate or the like. Hereinafter, the operations of the stator 7 and the movable portion (rotor) 8 in the power transmission type drive device 100 will be described with reference to FIG.

図4(A)に示すように、動力伝達型駆動装置100において、可動部8が板状弾性部材14の撓み部14bの近傍となるようにステータ7と可動部8とを設置する。このような状態において圧電素子2に電圧を印加した場合、印加電圧に依存して圧電素子2が伸長することによりベルクランク3が回動し、ベルクランク3の板状弾性部材14側の端部3bと第2固定手段5との距離が減少し、板状弾性部材14の撓み部14bが押し上げられてしゃくとり虫型に撓む。ベルクランク3の板状弾性部材14側の端部3bと第2固定手段5との距離が減少するにつれて、板状弾性部材14の撓み部14bに生じる撓みが増大し、図4(B)に示すように、やがては撓み部14bが可動部8と接触する。ここから撓み部14bの撓みをさらに増大させることで、撓み部14bと可動部8との間の摩擦によって、可動部8を回転させることができる。   As shown in FIG. 4A, in the power transmission type drive device 100, the stator 7 and the movable portion 8 are installed such that the movable portion 8 is in the vicinity of the flexible portion 14b of the plate-like elastic member 14. When a voltage is applied to the piezoelectric element 2 in such a state, the bell crank 3 is rotated by the expansion of the piezoelectric element 2 depending on the applied voltage, and the end portion of the bell crank 3 on the plate-like elastic member 14 side As the distance between the second fixing means 5 and the second fixing means 5b decreases, the bending portion 14b of the plate-like elastic member 14 is pushed up and bends into a scoop type. As the distance between the second fixing means 5 and the end portion 3b of the bell crank 3 on the side of the plate-like elastic member 14 decreases, the deflection produced in the flexing portion 14b of the plate-like elastic member 14 increases, as shown in FIG. As shown, the bending portion 14b eventually contacts the movable portion 8. By further increasing the bending of the bending portion 14 b from here, the movable portion 8 can be rotated by the friction between the bending portion 14 b and the movable portion 8.

ここで、動力伝達型駆動装置100においては、圧電素子2に印加する電圧の波形を調整することによって可動部8を連続的に回転させることが可能である。例えば、印加電圧の波形を正弦波形や台形波形、或いは図6に示すようなノコギリ波形などとすることが好ましい。すなわち、圧電素子2に印加する電圧を徐々に高くしていくと、板状弾性部材14の撓み部14bがしゃくとり虫型にゆっくりと撓んで、可動部8と接触する。この後、さらに電圧を徐々に高くしていくと、図4(B)の矢印で示される方向に可動部8が回転する。そして、圧電素子2が急速に縮むように印加電圧を急激に減少させることによって、板状弾性部材14を滑らせつつ可動部8に逆方向の摩擦力をほとんど与えずに、可動部8を図4(B)の矢印の方向に回転させたままで、例えば図4(A)の状態に戻すことができる。このように、圧電素子2に、所定波形にて周期的に電圧を印加することによって、可動部8を連続的に回転させることができる。なお、駆動波形を間引くことにより、低速駆動を実現することができる。   Here, in the power transmission drive device 100, it is possible to continuously rotate the movable portion 8 by adjusting the waveform of the voltage applied to the piezoelectric element 2. For example, it is preferable that the waveform of the applied voltage be a sine waveform, a trapezoidal waveform, or a sawtooth waveform as shown in FIG. That is, as the voltage applied to the piezoelectric element 2 is gradually increased, the flexible portion 14b of the plate-like elastic member 14 is slowly flexed into a scoop type to be in contact with the movable portion 8. Thereafter, when the voltage is further increased gradually, the movable portion 8 is rotated in the direction indicated by the arrow in FIG. 4 (B). Then, by rapidly reducing the applied voltage so that the piezoelectric element 2 is rapidly contracted, the movable portion 8 is slid as shown in FIG. While being rotated in the direction of the arrow of (B), for example, it is possible to return to the state of FIG. As described above, the movable portion 8 can be continuously rotated by periodically applying a voltage to the piezoelectric element 2 with a predetermined waveform. Note that low speed driving can be realized by thinning out the driving waveform.

圧電素子2に印加する電圧の大きさについては、圧電素子2の特性や装置構成等に応じて決定され、特に限定されるものではない。また、電圧の周波数についても特に限定されるものではないが、例えば100Hz〜20kHz程度とすることができるほか、電圧の周波数を約20kHz以上の超音波周波数とすることで、本発明の動力伝達型駆動装置をいわゆる超音波モータとして用いることも可能である。なお、駆動の際に周波数を変化させると、可動部の回転速度を変化させることができる。   The magnitude of the voltage applied to the piezoelectric element 2 is determined according to the characteristics of the piezoelectric element 2, the device configuration, and the like, and is not particularly limited. Also, the frequency of the voltage is not particularly limited, but it may be, for example, about 100 Hz to 20 kHz, and the power transmission type of the present invention can be achieved by setting the frequency of the voltage to an ultrasonic frequency of about 20 kHz or more. It is also possible to use the drive as a so-called ultrasonic motor. In addition, when the frequency is changed at the time of driving, the rotation speed of the movable portion can be changed.

尚、上記説明においては、動力伝達型駆動装置100において、板状弾性部材14と可動部8とが非接触の状態から、板状弾性部材14の撓み部14bを可動部8に接触させることによって、可動部8を動作させる場合について説明したが、動力伝達型駆動装置10における動作はこの態様に限定されるものではない。例えば、図7に示すような態様とすることも可能である。図7は、動力伝達型駆動装置10の他の動作態様を説明するための概略図であり、板状弾性部材14と可動部8との接触部分周辺に着目した図である。すなわち、図7(A)に示すように、動力伝達型駆動装置100において、圧電素子2に所定の電圧を印加し、板状弾性部材14の撓み部14bを上記と同様の原理にて撓ませて、可動部8と接触させておく。このような状態において、圧電素子2に印加する電圧を徐々に変化させた場合、印加電圧に依存してベルクランク3の板状弾性部材14側の端部3bと第2固定手段5との距離が徐々に増大し、板状弾性部材14の撓みが減少する。板状弾性部材14の撓みが減少する際、板状弾性部材14と可動部8との間に摩擦力が生じ、図7(B)のように、可動部を回転させることができる。   In the above description, in the power transmission type drive device 100, by bringing the flexible portion 14b of the plate-like elastic member 14 into contact with the movable portion 8 from the state where the plate-like elastic member 14 and the movable portion 8 are not in contact. Although the case where the movable portion 8 is operated has been described, the operation of the power transmission type drive device 10 is not limited to this aspect. For example, an aspect as shown in FIG. 7 is also possible. FIG. 7 is a schematic view for explaining another operation aspect of the power transmission type drive device 10, focusing on the periphery of the contact portion between the plate-like elastic member 14 and the movable portion 8. That is, as shown in FIG. 7A, in the power transmission type drive device 100, a predetermined voltage is applied to the piezoelectric element 2, and the bending portion 14b of the plate-like elastic member 14 is bent according to the same principle as described above. The movable portion 8 is in contact with the movable portion 8. In such a state, when the voltage applied to the piezoelectric element 2 is gradually changed, the distance between the second fixing means 5 and the end 3b of the bell crank 3 on the side of the plate-like elastic member 14 depends on the applied voltage. Gradually increases and the deflection of the plate-like elastic member 14 decreases. When the deflection of the plate-like elastic member 14 is reduced, a frictional force is generated between the plate-like elastic member 14 and the movable portion 8, and the movable portion can be rotated as shown in FIG. 7 (B).

或いは、上記説明では、可動部8に対して板状弾性部材4を非接触状態から接触状態とすることによって反時計回りに可動部8を回転させる形態(図4(B))、板状弾性部材14を接触状態から非接触状態とすることで時計回りに可動部8を回転させる形態(図5(B))について説明したが、可動部8の回転方向はこれらに限定されるものではなく、駆動電圧の波形を調整することで、例えば、可動部8に対して板状弾性部材14を非接触状態から接触状態とすることによって時計回りに可動部8を回転させる形態、可動部8に対して板状弾性部材14を接触状態から非接触状態とすることによって反時計回りに可動部8を回転させる形態等、可動部8の回転方向を適宜変更可能である。   Alternatively, in the above description, the movable portion 8 is rotated counterclockwise by changing the non-contact state of the plate-like elastic member 4 to the movable portion 8 from the non-contact state (FIG. 4B); Although the form (FIG. 5 (B)) which rotates the movable part 8 clockwise by making the member 14 into a non-contact state from a contact state was demonstrated, the rotation direction of the movable part 8 is not limited to these The movable portion 8 is rotated clockwise by, for example, bringing the plate-like elastic member 14 into contact with the movable portion 8 by adjusting the waveform of the drive voltage. On the other hand, it is possible to appropriately change the rotation direction of the movable portion 8, such as a form in which the movable portion 8 is rotated counterclockwise by changing the plate-like elastic member 14 from the contact state to the non-contact state.

2.2.第2実施形態
本発明に係る動力伝達型駆動装置においては、ヒンジはベルクランク支持部6に設けられる代わりにベルクランク3に設けられていてもよい。図8は、第2実施形態に係る本発明の動力伝達型駆動装置200の動作態様を説明するための概略図であり、図8(A)、(B)はそれぞれ図4(A)、(B)に対応する図である。図8において、動力伝達型駆動装置100と同様の構成については同一符号を付し、説明を省略する。
2.2. Second Embodiment In the power transmission drive according to the present invention, the hinge may be provided on the bell crank 3 instead of the bell crank support 6. FIG. 8 is a schematic diagram for explaining the operation mode of the power transmission type drive device 200 of the present invention according to the second embodiment, and FIGS. 8 (A) and 8 (B) are respectively FIGS. It is a figure corresponding to B). In FIG. 8, the same components as those of the power transmission drive device 100 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

図8に示すように、動力伝達型駆動装置200において、ベルクランク支持部6はヒンジを有さず、ヒンジ3が、切欠き部3dが形成されたヒンジ3cを有している。かかる形態によっても、圧電素子2の伸縮に伴うベルクランク3の回動を容易にすることができる。ヒンジ3cの位置は、ベルクランク3の回動が可能であれば特に限定されないが、ベルクランク支持部6側の端部に設けられることが好ましい。   As shown in FIG. 8, in the power transmission type drive device 200, the bell crank support 6 does not have a hinge, and the hinge 3 has a hinge 3c in which a notch 3d is formed. Also according to this embodiment, the rotation of the bell crank 3 accompanying the expansion and contraction of the piezoelectric element 2 can be facilitated. The position of the hinge 3 c is not particularly limited as long as the bell crank 3 can be pivoted, but it is preferable that the hinge 3 c be provided at an end on the bell crank support 6 side.

2.3.第3実施形態
本発明において、動力伝達型駆動装置に備えられるステータの形態は上記ステータ7のような形態に限定されるものではない。図9に、第3実施形態に係る本発明の動力伝達型駆動装置300に設けられるステータ17を概略的に示す。また、図10に、第3実施形態に係る本発明の動力伝達型駆動装置300の動作態様を概略的に示す。図10は、ベルクランク3の回動および/または圧電素子12の伸縮に伴う板状弾性部材24の変形(撓み)状態を例示する図であり、可動部8等については記載を省略している。また、図9、10において、動力伝達型駆動装置100と同様の構成については同一符号を付し、説明を省略する。
2.3. Third Embodiment In the present invention, the form of the stator provided in the power transmission type drive device is not limited to the form as the stator 7 described above. FIG. 9 schematically shows a stator 17 provided in a power transmission drive apparatus 300 according to a third embodiment of the present invention. Further, FIG. 10 schematically shows the operation mode of the power transmission drive apparatus 300 according to the third embodiment of the present invention. FIG. 10 is a view exemplifying a deformed (bent) state of the plate-like elastic member 24 accompanying the rotation of the bell crank 3 and / or the expansion and contraction of the piezoelectric element 12 and the description of the movable portion 8 and the like is omitted. . Further, in FIGS. 9 and 10, the same components as those of the power transmission type drive device 100 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

図9に示すように、ステータ17は、第1固定手段1、圧電素子2、ベルクランク3、撓み部24bのみからなる板状弾性部材24および第2固定手段15がこの順に連結されてなり、且つ、板状弾性部材24と第2固定手段15とが、圧電素子2とは異なる圧電素子12を介して連結されていることに特徴を有する。言い換えれば、動力伝達型駆動装置300に設けられるステータ17においては、板状弾性部材24の両端(24b、24b)がベルクランク3の端部3bと圧電素子12とによって挟まれるようにして連結されている。圧電素子12については、伸縮型の圧電素子とすることが好ましく、例えば、上記した圧電素子2と同様の形態とすることができる。 As shown in FIG. 9, in the stator 17, a plate-like elastic member 24 consisting only of the first fixing means 1, the piezoelectric element 2, the bell crank 3, and the bending portion 24b and the second fixing means 15 are connected in this order. And, the plate-like elastic member 24 and the second fixing means 15 are characterized in that they are connected via the piezoelectric element 12 different from the piezoelectric element 2. In other words, in the stator 17 provided in the power transmission type drive device 300, both ends (24 b 1 , 24 b 2 ) of the plate-like elastic member 24 are held between the end 3 b of the bell crank 3 and the piezoelectric element 12. It is connected. The piezoelectric element 12 is preferably a stretchable piezoelectric element, and can have the same form as that of the piezoelectric element 2 described above, for example.

図10(A)〜(D)に示すように、ステータ17によれば、圧電素子2および圧電素子12に印加する電圧をそれぞれ調整することによって、板状弾性部材24の撓み量や撓みの位置を任意に調整することが可能であり、圧電素子が一つだけ備えられる形態と比較して、可動部8の動作を、より多くのバリエーションでもって精密に制御することが可能である。また、可動部8を動作させるために必要な板状弾性部材24の撓み量を、圧電素子2の伸長量のみに依存して生成する必要がないため、圧電素子2を小型化することができ、第1固定手段1とベルクランク3との間に十分なスペースを確保できない場合等にも動力伝達型駆動装置を設置し易くなる。   As shown in FIGS. 10A to 10D, according to the stator 17, the deflection amount and the deflection position of the plate-like elastic member 24 are adjusted by adjusting the voltage applied to the piezoelectric element 2 and the piezoelectric element 12 respectively. Can be adjusted arbitrarily, and it is possible to precisely control the operation of the movable portion 8 with more variations as compared with a mode in which only one piezoelectric element is provided. Further, since it is not necessary to generate the amount of deflection of the plate-like elastic member 24 necessary to operate the movable portion 8 depending only on the amount of extension of the piezoelectric element 2, the piezoelectric element 2 can be miniaturized. Also, even when a sufficient space can not be secured between the first fixing means 1 and the bell crank 3, the power transmission drive can be easily installed.

2.4.第4実施形態
本発明に係る動力伝達型駆動装置においては、ステータが複数備えられていてもよい。図11、12に第4実施形態に係る本発明の動力伝達型駆動装置400を概略的に示す。図11、12において、動力伝達型駆動装置10と同様の構成については同一符号を付し、説明を省略する。
2.4. Fourth Embodiment In the power transmission drive according to the present invention, a plurality of stators may be provided. 11 and 12 schematically show a power transmission drive apparatus 400 according to a fourth embodiment of the present invention. In FIGS. 11 and 12, the same components as those of the power transmission drive device 10 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

動力伝達型駆動装置400は、一つの第2固定手段15に、複数の板状弾性部材24、24、24が連結され、それぞれの板状弾性部材24にベルクランク3と圧電素子2と第1固定手段1とが連結されている点に特徴を有する。図示した形態においては、第2固定手段15を中心として、ステータ7、7、7を120°間隔で周方向に設けている。このような構成とすることで、例えば、可動部として球体18を用いて、当該球体を多次元的に動作させることが可能となる。すなわち、ステータ7、7、7において、それぞれ印加する電圧を変化させ、板状弾性部材24の撓み量を調整することで、球体の回転方向を多次元に変更することができる。   In the power transmission type drive device 400, a plurality of plate-like elastic members 24, 24, 24 are connected to one second fixing means 15, and the bell crank 3, the piezoelectric element 2, and the first It is characterized in that the fixing means 1 is connected. In the illustrated embodiment, the stators 7, 7 and 7 are circumferentially provided at intervals of 120 ° around the second fixing means 15. With such a configuration, it is possible to operate the sphere in multiple dimensions, for example, using the sphere 18 as the movable portion. That is, by changing the voltage applied to each of the stators 7, 7 and 7 to adjust the amount of deflection of the plate-like elastic member 24, it is possible to change the rotational direction of the sphere in multiple dimensions.

2.5.第5実施形態
本発明に係る動力伝達型駆動装置においては、第1固定手段、ベルクランク支持部、ベルクランクおよび第2固定手段が、同一の材料により一体的に形成されていてもよい。図13に第5実施形態に係る本発明の動力伝達型駆動装置500を概略的に示す。図13に示す動力伝達型駆動装置500において、第1固定手段1、ベルクランク支持部6、ベルクランク3および第2固定手段5が一体的に形成されており、環状のステータ27を有する以外の部分については、動力伝達型駆動装置10と同様の構成とすることができ、ここでは同一の符号を付して説明を省略する。
2.5. Fifth Embodiment In the power transmission type drive device according to the present invention, the first fixing means, the bell crank support portion, the bell crank and the second fixing means may be integrally formed of the same material. FIG. 13 schematically shows a power transmission drive apparatus 500 according to a fifth embodiment of the present invention. In the power transmission type drive device 500 shown in FIG. 13, the first fixing means 1, the bell crank support 6, the bell crank 3 and the second fixing means 5 are integrally formed, and other than having the annular stator 27. About the part, it can be set as the structure similar to the power transmission type drive device 10, and attaches | subjects the same code | symbol here, and abbreviate | omits description.

2.6.第6実施形態
本発明に係る動力伝達型駆動装置においては、第1固定手段、ベルクランク支持部、ベルクランク、板状弾性部材および第2固定手段が、同一の材料により一体的に形成されていてもよい。図14に第6実施形態に係る本発明の動力伝達型駆動装置600を概略的に示す。図14に示す動力伝達型駆動装置600において、第1固定手段1、ベルクランク支持部6、ベルクランク3、撓み部34bのみからなる板状弾性部材34および第2固定手段5が一体的に形成されており、環状のステータ37を有する以外の部分については、動力伝達型駆動装置10と同様の構成とすることができ、ここでは同一の符号を付して説明を省略する。
2.6. Sixth Embodiment In the power transmission drive according to the present invention, the first fixing means, the bell crank support portion, the bell crank, the plate-like elastic member and the second fixing means are integrally formed of the same material. May be FIG. 14 schematically shows a power transmission drive apparatus 600 according to a sixth embodiment of the present invention. In the power transmission type drive device 600 shown in FIG. 14, the plate-like elastic member 34 consisting only of the first fixing means 1, the bell crank supporting portion 6, the bell crank 3 and the bending portion 34b and the second fixing means 5 are integrally formed. The parts other than having the annular stator 37 can be configured similarly to the power transmission type drive device 10, and here, the same reference numerals are given and the description will be omitted.

2.7.その他構成
上述したように、本発明に係る動力伝達型駆動装置は、板状弾性部材をしゃくとり虫型に撓ませることによって、第2変位量拡大効果を得て、板状弾性部材を可動部に接触させることで、可動部を動作させている。よって板状弾性部材の撓みの方向(凸の方向)を可動部側に規制する規制手段を動力伝達型駆動装置に設けることが好ましい。
2.7. Other Configurations As described above, the power transmission type drive device according to the present invention obtains the second displacement amount enlarging effect by bending the plate-like elastic member into a worm-like insect shape, thereby moving the plate-like elastic member to the movable portion By moving the movable part. Therefore, it is preferable to provide the power transmission drive apparatus with a control means for restricting the direction of the deflection (convex direction) of the plate-like elastic member to the movable portion side.

図15に、動力伝達型駆動装置100において、板状弾性部材14の撓みの方向を規制する規制手段19aを設けた形態を概略的に示す。規制手段19aはステータ7とは別体で設けられる手段であり、板状弾性部材14の撓み部14bの撓みが解消された状態において、板状弾性部材14の撓み部14bと接触するように、或いは、板状弾性部材14の撓み部14bの近傍となるように設けられている。板状弾性部材14の撓み部14bに撓みが生じる場合、規制手段19aの存在によって、板状弾性部材4の撓み部14bは常に規制手段19aとは反対側に凸となるように撓むものとされる。   FIG. 15 schematically shows a form in which a restraining means 19a for restraining the direction of deflection of the plate-like elastic member 14 is provided in the power transmission type drive device 100. As shown in FIG. The restricting means 19a is a means provided separately from the stator 7, and in contact with the bending portion 14b of the plate-like elastic member 14 in a state where the bending of the bending portion 14b of the plate-like elastic member 14 is eliminated. Alternatively, it is provided in the vicinity of the bending portion 14 b of the plate-like elastic member 14. When bending occurs in the bending portion 14b of the plate-like elastic member 14, the bending portion 14b of the plate-like elastic member 4 always bends so as to be convex on the opposite side to the restriction means 19a due to the presence of the restriction means 19a. Ru.

或いは、板状弾性部材24のように、板状弾性部材が撓み部のみからなる形態においては、板状弾性部材そのものに工夫を加えることで、板状弾性部材の撓みの方向を規制してもよい。一例として、図16に板状弾性部材24に設けられる規制手段29a、29aを概略的に示す。尚、図16においては板状弾性部材24の厚み方向断面図を概略的に示している。図16に示すように板状弾性部材24の端部に規制手段29a、29aとして凸部を設けることで、板状弾性部材24の撓みの方向は図示した矢印の方向に規制される。尚、板状弾性部材14においては、第1係合部14cのうち撓み部14bの一端14bから圧電素子2の伸縮方向(Y方向)に延びる片、および、撓み部14bの一端14bから伸縮方向(Y方向)に延びる第2係合部4cが規制手段として機能する。 Alternatively, as in the plate-like elastic member 24, in a mode in which the plate-like elastic member comprises only a bending portion, the direction of the bending of the plate-like elastic member may be restricted by devising the plate-like elastic member itself. Good. As an example, the control means 29a, 29a provided on the plate-like elastic member 24 is schematically shown in FIG. In FIG. 16, a cross-sectional view in the thickness direction of the plate-like elastic member 24 is schematically shown. As shown in FIG. 16, by providing convex portions as regulating means 29a, 29a at the end of the plate-like elastic member 24, the direction of deflection of the plate-like elastic member 24 is regulated in the direction of the illustrated arrow. In the plate-like elastic member 14, pieces extending from one end 14b 1 of the bending portion 14b in the expansion and contraction direction of the piezoelectric element 2 (Y-direction) of the first engagement portion 14c, and, from one end 14b 2 of the flexures 14b The second engaging portion 4c extending in the expansion and contraction direction (Y direction) functions as a restricting means.

また、本発明による第2変位量拡大効果を損なわない範囲で、板状弾性部材14、24を予め多少湾曲させておくことで、本発明に係る動力伝達型駆動装置を動作させる際、板状弾性部材14、24の撓みの方向を所望の方向に規制することもできる。   The plate-like elastic members 14 and 24 are slightly curved in advance within a range not impairing the second displacement amount enlarging effect according to the present invention, thereby causing the plate-like shape to operate the power transmission drive device according to the present invention. The direction of deflection of the elastic members 14, 24 can also be regulated in a desired direction.

以上の通り、本発明に係る動力伝達型駆動装置においては、固定手段の間に圧電素子とベルクランクと板状弾性部材とを連結してステータを構成しており、圧電素子の伸縮によってベルクランクを回動させ、板状弾性部材をしゃくとり虫型に撓ませることで、圧電素子の伸縮量を板状弾性部材の撓み量(変形量)へと拡大可能な構成を採っている。そのため、圧電素子を一つだけ用い、且つ、それが小型の圧電素子である場合でも、ベルクランクの回動および板状弾性部材の撓みによって大きな変形量を得ることができる。また、弾性部材を板状とすることでステータの設置スペースを省略することも可能である。圧電素子を複数設ける、或いは、ステータを複数設けることで、可動部を多次元的に動作させることも可能である。このように、本発明に係る動力伝達型駆動装置によれば、圧電素子の伸縮量をベルクランクおよび板状弾性部材によって拡大することによって、小型化されながらも必要な駆動力を得て、物体を動作させることが可能である。   As described above, in the power transmission type drive device according to the present invention, the stator is configured by connecting the piezoelectric element, the bell crank, and the plate-like elastic member between the fixing means, and the bell crank is expanded and contracted by the piezoelectric element. By rotating the plate-like elastic member in a worm-like manner, the expansion and contraction amount of the piezoelectric element can be expanded to the amount of deflection (deformation amount) of the plate-like elastic member. Therefore, even if only one piezoelectric element is used and it is a small-sized piezoelectric element, a large amount of deformation can be obtained by the rotation of the bell crank and the deflection of the plate-like elastic member. Moreover, it is also possible to abbreviate | omit the installation space of a stator by making an elastic member into plate shape. By providing a plurality of piezoelectric elements or a plurality of stators, it is also possible to operate the movable portion in multiple dimensions. As described above, according to the power transmission type drive device of the present invention, the amount of expansion and contraction of the piezoelectric element is expanded by the bell crank and the plate-like elastic member to obtain the necessary driving force while being miniaturized. It is possible to operate

また、上記説明では、板状弾性部材14の撓み部14b、および、撓み部24bのみからなる板状弾性部材24として、平面形状が長方形状の弾性部材を例示したが、本発明は当該形態に限定されるものではない。台形状、三角形状等、種々の平面形状を採用することができる。ただし、板状弾性部材を両端から均等に撓ませ、略中心において凸となるように変形させる観点からは、撓み部の平面形状が長方形状となる板状弾性部材を用いることが好ましい。   In the above description, the elastic member having a rectangular planar shape is exemplified as the flexible portion 14b of the plate-like elastic member 14 and the plate-like elastic member 24 formed only of the flexible portion 24b. It is not limited. Various planar shapes such as trapezoidal shape and triangular shape can be adopted. However, from the viewpoint of bending the plate-like elastic member equally from both ends and deforming so as to be convex at the approximate center, it is preferable to use a plate-like elastic member in which the planar shape of the bending portion is rectangular.

また、上記説明では、図9、10を参照しつつ、一のステータに圧電素子を複数設ける場合について、板状弾性部材24と第2固定手段15との間に圧電素子12を設ける形態を例示したが、本発明は当該形態に限定されるものではない。板状弾性部材の形状に応じて、一のステータにおいて3つ以上の圧電素子を設けてもよい。ただし、動力伝達型駆動装置を小型化する観点からは、一の板状弾性部材に対する圧電素子の数は少ない方がよく、1〜2個とすることが好ましい。   Further, in the above description, referring to FIGS. 9 and 10, in the case where a plurality of piezoelectric elements are provided on one stator, an embodiment in which the piezoelectric elements 12 are provided between the plate-like elastic member 24 and the second fixing means 15 is illustrated. However, the present invention is not limited to the embodiment. Depending on the shape of the plate-like elastic member, three or more piezoelectric elements may be provided in one stator. However, from the viewpoint of miniaturizing the power transmission type drive device, the number of piezoelectric elements relative to one plate-like elastic member should be small, and it is preferable to use one or two piezoelectric elements.

また、上記説明では、図11、12を参照しつつ、ステータを複数設ける場合について、第2固定手段15を中心としてステータ7を120°間隔で3つ設ける形態を例示したが、本発明は当該形態に限定されるものではない。ステータの数やステータの設置形態については、可動部の形状や動力伝達型駆動装置を設置する箇所等に応じて決定することができる。   Further, in the above description, while referring to FIGS. 11 and 12, in the case of providing a plurality of stators, an example is illustrated in which three stators 7 are provided at intervals of 120 ° centering on the second fixing means 15. It is not limited to the form. The number of stators and the installation mode of the stators can be determined according to the shape of the movable portion, the location where the power transmission drive apparatus is installed, and the like.

また、上記説明では、規制手段として規制手段19a、29a、或いは板状弾性部材を多少湾曲させる形態のみを例示したが、規制手段の形態はこれらに限られるものではない。板状弾性部材14、24の撓みを規制可能な手段のいずれもが本発明に含まれる。   Further, in the above description, only the form in which the restricting means 19a, 29a or the plate-like elastic member is slightly curved is exemplified as the restricting means, but the form of the restricting means is not limited thereto. Any means capable of restricting the deflection of the plate-like elastic members 14 and 24 is included in the present invention.

以下、実施例により、本発明に係る動力伝達型駆動装置について、その効果をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の具体的形態に限定されるものではない。   Hereinafter, although the effect is further explained in detail about a power transmission type drive concerning the present invention by an example, the present invention is not limited to the following concrete forms.

<動力伝達型駆動装置の構成>
図17に示す動力伝達型駆動装置を作製し、性能評価を行った。作製した動力伝達型駆動装置において、積層型圧電素子(NECトーキン、AE0203D16F)の長さは5mm(図17のE)、ベルクランクの積層型圧電素子の伸縮方向の長さは10mm(図17のD)、ベルクランクの積層型圧電素子の伸縮方向と直交する方向の長さは3.8mm(図17のC)、板状弾性部材(りん青銅)の撓み部の長さは4.8mm(図17のB)とし、板状弾性部材の厚みは0.2mmとした。
<Configuration of Power Transmission Drive Device>
The power transmission type drive device shown in FIG. 17 was manufactured and performance evaluation was performed. In the produced power transmission type drive device, the length of the laminated piezoelectric element (NEC TOKIN, AE0203D16F) is 5 mm (E in FIG. 17), and the length in the expansion / contraction direction of the bell crank's laminated piezoelectric element is 10 mm (FIG. 17 D), the length of the bell crank's laminated piezoelectric element in the direction orthogonal to the expansion and contraction direction is 3.8 mm (C in FIG. 17), and the length of the flexible portion of the plate-like elastic member (phosphor bronze) is 4.8 mm It is referred to as B) of FIG. 17, and the thickness of the plate-like elastic member is 0.2 mm.

<変位量拡大効果の確認>
上記の通りに構成したステータについて、積層型圧電素子に140Vの電圧を印加した結果、積層型圧電素子の伸長量(図4(B)のdに対応)は4.15μmとなり、ベルクランク端部の圧電素子の伸縮方向に直交する方向の変位量(図4(B)のdに対応)は7.25μmとなり、板状弾性部材の撓み量(図4(B)のdに対応)は9.72μmとなった。すなわち、約2.3倍の変位量拡大効果が得られた。尚、この拡大率は、板状弾性部材の形状寸法を変更することで、さらに向上させることができると考えられる。
<Confirmation of displacement expansion effect>
The stator constructed as described above, the laminated piezoelectric device With a voltage of 140V, the extension amount of the laminated piezoelectric element (corresponding to d 1 in FIG. 4 (B)) is 4.15μm, and the bell crank end displacement amount in the direction orthogonal to the elongating and contracting direction of the piezoelectric element parts (corresponding to d 2 in FIG. 4 (B)) corresponding to d 3 of the amount of deflection of 7.25μm, and the elastic plate member (see FIG. 4 (B) ) Became 9.72 μm. That is, about 2.3 times the displacement amount enlargement effect was obtained. It is considered that this enlargement ratio can be further improved by changing the shape and dimension of the plate-like elastic member.

<動力伝達型駆動装置の動作実験>
図17に示すように、上記のステータと相互作用させることで直径30mm(図17のA)のロータを回転させた。積層型圧電素子に1kHz程度の台形波電圧を印加した結果、ロータを連続的に回転させることができた。その他の周波数においてもロータを連続的に回転させることができた。
<Operational Experiment of Power Transmission Drive>
As shown in FIG. 17, the rotor having a diameter of 30 mm (A in FIG. 17) was rotated by interacting with the above-described stator. As a result of applying a trapezoidal wave voltage of about 1 kHz to the laminated piezoelectric element, the rotor could be rotated continuously. The rotor could be rotated continuously at other frequencies.

以上の通り、圧電素子の伸縮によって、ベルクランクを回動させ、且つ、板状弾性部材をしゃくとり虫型に変形させ、圧電素子の伸縮量を拡大することによって、小型化されながらも大きな駆動力を得ることが可能な動力伝達型駆動装置を提供することができた。   As described above, the bell crank is rotated by the expansion and contraction of the piezoelectric element, and the plate-like elastic member is deformed into a worm shape, and the expansion and contraction amount of the piezoelectric element is expanded, thereby achieving a large drive while reducing in size. It has been possible to provide a power transmission drive capable of obtaining a force.

以上、現時点において、もっとも、実践的であり、かつ、好ましいと思われる実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明は、本願明細書中に開示された実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲および明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う動力伝達型駆動装置もまた本発明の技術的範囲に包含されるものとして理解されなければならない。   While the present invention has been described above in connection with embodiments which are presently practical and which are believed to be preferred, the present invention is limited to the embodiments disclosed herein. Rather, it can be suitably modified without departing from the scope and spirit of the invention which can be read from the claims and the specification as a whole, and a power transmission drive with such modifications is also included in the technical scope of the present invention. It must be understood as

本発明に係る動力伝達型駆動装置は機械的振動により励振されたステータを、ロータやスライダ等の可動部と接触させ、回転や直動動作させる摩擦駆動型のアクチュエータとして利用でき、例えば、カメラのオートフォーカスやXYステージのほか、セキュリティカメラや手術用機器、或いは自動車のドアミラーなどに組み込まれる多次元モータ等、様々な分野で好適に利用可能である。   The power transmission type drive device according to the present invention can be used as a friction drive type actuator for causing a stator excited by mechanical vibration to contact a movable portion such as a rotor or a slider and causing rotation or linear motion operation. The present invention can be suitably used in various fields such as an autofocus and an XY stage, a security camera, a surgical instrument, and a multi-dimensional motor incorporated in a door mirror of a car or the like.

10 ベルクランク型駆動装置
1 第1固定手段
2 圧電素子
3 ベルクランク
4 作用部材
4a 第1係合部
4b 作用部
6 ベルクランク支持部
6a ヒンジ
6b 切欠き部
100 動力伝達型駆動装置
14 板状弾性部材
14a 第1係合部
14b 撓み部
14c 第2係合部
5 第2固定手段
7 ステータ
8 可動部(ロータ)
19a 規制手段
200 動力伝達型駆動装置
3c ヒンジ
3d 切欠き部
300 動力伝達型駆動装置
12 圧電素子
24 板状弾性部材
14b 撓み部
15 第2固定手段
17 ステータ
29a 規制手段
400 動力伝達型駆動装置
18 可動部(球体)
500 動力伝達型駆動装置
27 ステータ
600 動力伝達型駆動装置
34 板状弾性部材
37 ステータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 bell crank type drive 1 1st fixing means 2 piezoelectric element 3 bell crank 4 action member 4a 1st engaging part 4b action part 6 bell crank support part 6a hinge 6b notch 100 power transmission type drive 14 plate-like elasticity Member 14a first engagement portion 14b flexure portion 14c second engagement portion 5 second fixing means 7 stator 8 movable portion (rotor)
19a Regulation Means 200 Power Transmission Type Drive Device 3c Hinge 3d Notched Portion 300 Power Transmission Type Drive Device 12 Piezoelectric Element 24 Plate-like Elastic Member 14b Flexure Part 15 Second Fixing Means 17 Stator 29a Regulation Means 400 Power Transmission Type Drive Device 18 Movable Department (sphere)
500 power transmission type drive 27 stator 600 power transmission type drive 34 plate-like elastic member 37 stator

Claims (13)

作用部材を可動させるベルクランク型駆動装置であって、
第一固定手段、圧電素子、およびベルクランクがこの順で連結されてなり、
前記ベルクランクは前記第1固定手段を固定端として前記圧電素子が伸縮することにより回動し、
前記ベルクランクが回動することにより前記作用部材が可動し、
前記ベルクランクの回転中心に直交する断面において、
前記回転中心から、前記ベルクランクと前記圧電素子とが連結する面の幅を垂直に2等分する直線までの距離をs、
前記回転中心から、前記ベルクランクと前記作用部材とが連結する面の幅を垂直に2等分する直線までの距離をt、とするとき、
t/s>1となる、
ベルクランク型駆動装置。
A bell crank type drive for moving an action member, wherein
The first fixing means, the piezoelectric element, and the bell crank are connected in this order,
The bell crank is rotated by expansion and contraction of the piezoelectric element with the first fixing means as a fixed end,
When the bell crank rotates, the action member moves.
In a cross section orthogonal to the rotation center of the bell crank,
A distance from the rotation center to a straight line that bisects vertically the width of the surface where the bell crank and the piezoelectric element are connected;
Let t be the distance from the center of rotation to a straight line that bisects the width of the surface connecting the bell crank and the action member vertically.
t / s> 1
Bell crank type drive.
前記ベルクランクがL字型である、請求項1に記載のベルクランク機構装置。   The bell crank mechanism device according to claim 1, wherein the bell crank is L-shaped. 請求項1又は2に記載のベルクランク型駆動装置を備える動力伝達型駆動装置であって、
前記作用部材は板状弾性部材であり、
前記第1固定手段、前記圧電素子、前記ベルクランク、前記板状弾性部材および第2固定手段がこの順に連結されてなるステータ、並びに、該ステータの前記板状弾性部材との相互作用によって動作する可動部、を備え、
前記ベルクランクの回動により、前記ベルクランクの前記板状弾性部材側の端部と前記第2固定手段との距離が増減し、前記ベルクランクの前記板状弾性部材側の端部と前記第2固定手段との距離が減少するにつれて、前記板状弾性部材に生じる撓みが増大するように構成されている、
動力伝達型駆動装置。
A power transmission drive comprising the bell crank drive according to claim 1 or 2, wherein
The action member is a plate-like elastic member,
The first fixing means, the piezoelectric element, the bell crank, the stator formed by connecting the plate-like elastic member and the second fixing means in this order, and the action by interaction with the plate-like elastic member of the stator A movable part,
By the rotation of the bell crank, the distance between the end of the bell crank on the side of the plate-like elastic member and the second fixing means increases or decreases, and the end of the bell crank on the side of the plate-like elastic member and the As the distance to the two fixing means decreases, the deflection occurring in the plate-like elastic member is configured to increase.
Power transmission type drive unit.
前記圧電素子の前記伸縮方向と直交する前記方向と直交する方向に凸となるように前記板状弾性部材が撓ませられる、請求項3に記載の動力伝達型駆動装置。   The power transmission drive according to claim 3, wherein the plate-like elastic member is bent so as to be convex in a direction orthogonal to the direction orthogonal to the expansion and contraction direction of the piezoelectric element. 前記ステータが、前記第1固定手段と前記ベルクランクとを連結し、前記ベルクランクを支持するベルクランク支持部を備える、請求項3または4に記載の動力伝達型駆動装置。   The power transmission drive according to claim 3 or 4, wherein the stator comprises a bell crank support connecting the first fixing means and the bell crank and supporting the bell crank. 前記ベルクランクまたは前記ベルクランク支持部が、ヒンジを有する、請求項1〜5のいずれかに記載の動力伝達型駆動装置。   The power transmission drive according to any one of claims 1 to 5, wherein the bell crank or the bell crank support has a hinge. 前記ヒンジが、切欠き部が形成された弾性ヒンジである、請求項6に記載の動力伝達型駆動装置。   The power transmission drive according to claim 6, wherein the hinge is a resilient hinge having a notch. 前記ステータが複数備えられる、請求項3〜7のいずれかに記載の動力伝達型駆動装置。   The power transmission drive according to any one of claims 3 to 7, wherein a plurality of the stators are provided. 一つの前記第2固定手段に、複数の前記板状弾性部材が連結され、それぞれの板状弾性部材に前記ベルクランク、前記圧電素子および前記第1固定手段が連結されている、請求項3〜8のいずれかに記載の動力伝達型駆動装置。   The plurality of plate-like elastic members are connected to one of the second fixing means, and the bell crank, the piezoelectric element and the first fixing means are connected to the respective plate-like elastic members. The power transmission drive according to any one of 8. 前記第1固定手段、前記ベルクランク支持部、前記ベルクランク、前記板状弾性部材および前記第2固定手段が、一体的に形成されている、請求項5〜9のいずれかに記載の動力伝達型駆動装置。   The power transmission according to any one of claims 5 to 9, wherein the first fixing means, the bell crank support portion, the bell crank, the plate-like elastic member and the second fixing means are integrally formed. Mold drive. 前記板状弾性部材の撓みの方向を規制する規制手段を前記板状弾性部材と接触するように設ける、請求項3〜10のいずれかに記載の動力伝達型駆動装置。   The power transmission drive according to any one of claims 3 to 10, wherein a restricting means for restricting the direction of deflection of the plate-like elastic member is provided to be in contact with the plate-like elastic member. 前記板状弾性部材の撓みの方向を規制する規制手段として前記板状弾性部材の端部に凸部をそれぞれ設ける、請求項3〜11のいずれかに記載の動力伝達型駆動装置。   The power transmission drive according to any one of claims 3 to 11, wherein a convex portion is provided at an end portion of the plate-like elastic member as a regulating means for regulating the direction of bending of the plate-like elastic member. 前記板状弾性部材と前記第2固定手段とが、前記圧電素子とは異なる圧電素子を介して連結されている、請求項3〜12のいずれかに記載の動力伝達型駆動装置。   The power transmission drive according to any one of claims 3 to 12, wherein the plate-like elastic member and the second fixing means are connected via a piezoelectric element different from the piezoelectric element.
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