JP3872520B2

JP3872520B2 - 圧電ステップ・モータ

Info

Publication number: JP3872520B2
Application number: JP50046898A
Authority: JP
Inventors: ブロフ，セルゲイ・ビャチェスラボビッチ; オカトフ，ユーリ・ウラジミーロビッチ
Original assignee: サムソン・エレクトロニクス・カンパニー・リミテッド; オカトフ，ユーリ・ウラジミーロビッチ; ブロフ，セルゲイ・ビャチェスラボビッチ
Priority date: 1996-06-05
Filing date: 1997-06-05
Publication date: 2007-01-24
Anticipated expiration: 2017-06-05
Also published as: KR100353451B1; WO1997047073A1; AU3196397A; US6150751A; JPH11511953A; KR19990036170A; RU2167486C2

Description

発明の背景
ステータが圧電中空円筒を有し円筒形ロータを受け入れ、このロータが摩擦によってステータと相互作用する圧電モータは業界において公知である（ソビエト連邦（ＳＵ）審査済登録特許（Ａ）第５７３８２８号）。
しかし、このモータは、円筒形ロータを線形に変位させることは不可能である。
また、それに固着されている固定ユニットを持つハウジングと、作動部材を持つ可動部分とを有する圧電リニア・ステップ・モータも業界において公知である（ソビエト連邦（ＳＵ）審査済登録特許（Ａ）第７２０５７６号）。
しかし、この圧電モータは、設計が複雑で、その可動部分が線形変位しかせず、この可動部分が回転することはできない。
発明の概要
本発明の基本的な目的は、その実施形態の構造によって設計および製造技術を簡単化すること、それが回転、線形変位およびこの組み合わせ（回転と線形変位を同時に行う）の運動をしているときに、モータの力と位置決めの精度を高めることができる圧電ステップ・モータを創り出すことである。
この目的は、その中に固着されている固定ユニットを持つハウジングと、可動部分とを有する圧電ステップ・モータを提供することによって達成されるが、本発明に従えば、このモータにおいては、固定ユニットが、縦方向の平面に並んで配設されている少なくとも２つの、変位・固定圧電ユニットおよび回転・固定圧電ユニットを有しているか、あるいは、それらの固定ユニットが１つの横断方向の平面に設けられていて、複数の扇形の形をしている少なくとも２対の圧電ユニットを有している。
ハウジングは移動できるようにしてもよく、圧電ユニットを静止円筒形ロッドに固着することもできる。
圧電セルは、電極を交互に並列に接続した圧電リング、またはそれらの扇形のセクタをセットにした形にすることもでき、この場合は、連続するそれぞれの圧電リング、あるいはセクタの分極方向は、その前のものの方向の反対になっている。
圧電ユニット間の隙間は、弾性絶縁材料で埋めるのが好ましい。
特許請求しているこのステップ・モータは、このような実施形態の構造になっていることによって、設計と製造技術を簡単にすること、それが回転および線形変位をしているときのモータの力と位置決めの精度を高めること、および組み合わせの運動（回転と線形変位）を行うことができるようにしている。
【図面の簡単な説明】
本発明を実施例と添付の下記図面を使って更に説明するが、
図１は、特許請求している圧電ステップ・モータ（第１実施形態）の正面図であり、
図２は、図１に示しているモータの縦方向断面図であり、
図３は、このモータの第２実施形態の正面図であり、
図４は、図３に示しているモータの縦方向断面図であり、
図５は、このモータの第３実施形態の正面図であり、
図６は、図５に示しているモータの縦方向断面図であり、
図７は、このモータの第４実施形態の正面図であり、
図８は、図７に示しているモータの縦方向断面図であり、
図９−１４は、可動部分が線形変位をする圧電ステップ・モータの動作期間段階を示していて、縦方向断面図であり、
図１５は、このモータの可動部分が回転する間のモータの第１期間段階を示していて、２つの圧電ユニットの断面図であり、
図１６−２０は、可動部分が回転する間の圧電ステップ・モータの別の動作期間段階を示している。
本発明の最良の実施形態
本発明の第１の実施形態による圧電ステップ・モータは、円筒形ハウジング１（図１）と、２つの圧電ユニット２（図２）および３の形になった固定装置と、そして円筒形ロッドの形をした可動部分４とを有している。圧電ユニット２および３は変位・固定ユニットであって、変位圧電セル５、固定圧電セル６、絶縁体７および摩擦要素８の、相互接続されて（例えば、接着されて）いる要素から成っている。圧電ユニット３は回転・固定圧電ユニットであって、回転圧電セル９、固定圧電セル１０、絶縁体７，および摩擦要素８から成っている。
変位圧電セル５は、その初期の分極ベクトルがこのモータの縦軸に対してある角度を持っている。この変位圧電セル５は、その可動部分４をこのモータの縦軸に沿って変位させる。
固定圧電ユニット２および３は可動部分４を固定し、その初期の分極ベクトルは、このモータの縦軸に対して直角（半径方向に）に向いている。
摩擦要素８は分割リングの形に作ってあり、以て、固定圧電セル６および１０によって可動部分４をよりきつく締め付けるようにしてある。
各圧電セルは電線に接続されている電極を持っている（図示していない）。
圧電ユニット２および３の間の隙間は、弾性絶縁材料１１で埋めてある。
本発明による圧電ステップ・モータは別の実施形態も可能である。
図３および４に示しているこのモータの第２の実施形態においては、圧電ユニット２および３は１つの横断方向平面に設けてあり、複数の扇形のセクタの形にして作ってある。
このモータの第３の実施形態は、可動部分４（図５および６）が静止しており、逆に、円筒形ハウジング１１が回転し、圧電ユニット２および３が静止円筒形ロッド１３に固着されている点が第１の実施形態と異なっている。
第４の実施形態においては、圧電ユニット２および３が１つの横断方向平面に設けられていて、円筒形ロッド１３に固着されており、円筒形ハウジング１２（図７および８）が移動できる。
本発明によるモータは次のように動作する。
変位圧電セル６の電極に正の電圧が印加されると、逆圧電効果によって、その内側部分が、ハウジングに固着されている外側部分に対して左方向に変位する。そして、負の電圧がこの変位圧電セル５に印加されると、その内側部分が右方向に変位する。回転圧電セル９の電極に正の電圧が印加されると、逆圧電効果によって、その内側部分が、直径方向の線Ａ_１Ａ_２に対して反時計方向に角度αだけ変移するが、この場合、リングの内側部分にある点Ｂは、反時計方向に角度αの弧を描いて変位する。固定圧電セル９の電極に負の電圧が印加されると、そのリングの内側部分が直径方向の線Ａ_１Ａ_２に対して時計方向に角度αだけ変移するが、この場合、その点Ｂは、時計方向に角度αの弧を描いて変位する。固定圧電セル６および１０の電極に正の電圧が印加されると、可動部分４が締め付けられ、逆に、これらの圧電セルに負の電圧が印加されると、それは可動部分４から離される。
この圧電ステップ・モータは、可動部分の線形変位、回転運動、線形と回転を組み合わせた運動、これらの運動のいろいろな組み合わせといった様々なタイプの運動をすることができる。
動作サイクルは６つの期間段階から成っている。
可動部分４が線形変位をする圧電ステップ・モータの動作サイクルの期間段階を図９−１４に示している。この場合、圧電ユニット２の変位圧電セル５と、固定圧電セル６と、圧電ユニット３の固定圧電セル１０とがこの動作に参加する。
第１期間段階において、圧電セル５（図９）、６および１０に正の電圧が印加されると、この場合、変位圧電セル５の内側部分と圧電ユニットの固定圧電セル６が左方向へ変位させられ、圧電セル６および１０が可動部分４を締め付ける。回転圧電セル９は、この線形変位には何ら参加せず、この線形変位モードにあるモータの動作期間中、変化しない位置ならばどのような位置にあってもよい。
第２期間段階において、固定圧電セル１０（図１０）に負の電圧が印加されると、これは可動部分４から離される。
第３期間段階において、変位圧電セル５（図１１）に負の電圧が印加されると、このセルは右方向に移動し、可動部分４を右方向に１ステップだけ変位させる。
第４期間段階において、固定圧電セル１０（図１２）に正の電圧が印加されると、これは可動部分を締め付ける。
第５期間段階において、固定圧電セル６（図１３）に負の電圧が印加されると、これは可動部分４から離される。
第６期間段階において、圧電ユニット５（図１４）に正の電圧が印加されて、これが固定圧電セル６とともに左方向へ変位される。この動作サイクルが繰り返されると、その可動部分は線形に、右へ段階上に変位される。
可動部分４の回転中に、モータの動作は図１５−２０に示しているように行われる。総ての圧電セルがこのプロセスに参加するが、変位圧電セル５だけは動作せず、この動作の期間中に一定の位置にあるならばどのような位置にあってもよい。動作サイクルは６つの期間段階から成っている。
図１５に第１期間段階に対応した位置を示している。圧電セル６、９および１０に正の電圧が印加されると、この場合、回転圧電セル９が反時計方向に角度αだけ回され、固定圧電セル６および１０は可動部分４を挟みつける。
第２期間段階において、圧電ユニット３（図１６）が同じ状態にあって、圧電ユニット２の固定圧電セル６に負の電圧が印加されると、これは可動部分４から離される。
第３期間段階において、負の電圧が回転圧電セル９（図１７）に印加されると、このセルは、圧電セル１０を可動部分４とともに時計方向に角度２αだけ回す。
第４期間段階において、固定圧電セル６（図１８）に正の電圧が印加されると、これは可動部分４を挟みつける。
第５期間段階において、固定圧電セル１０（図１９）に負の電圧が印加されると、これは可動部分４から離される。
第６期間段階において、回転圧電セル９（図２０）に正の電圧が印加されると、これは固定電圧セル１０を反時計方向に角度２αだけ回す。
圧電ユニット３の回転圧電セル５に負の電圧が印加されると、このセルは可動部分４を時計方向に角度２αだけ回す。
逆の運動は、固定圧電セルへの電圧印加の順序を変えて行う。
出力を増大させるには、この圧電ステップ・モータに圧電ユニットをこのモータの横断方向および縦方向の両方の平面に追加設置すればよい。
特許請求している圧電ステップ・モータは、設計および製造技術が簡単で、寸法および質量が小さく、可動部分の力が大きく、そして線形変位と回転とを組み合わせて可動部分が動くことができるようにするのである。
本発明の実施形態の説明においては、よりよく理解されるように限定的な狭義の用語を使用した。しかし、本発明は受け取られた用語に限定されるものではなく、これら総ての用語は、同様な方法で動作するユニットに対する、また同様の技術課題を解決するのに使用される総ての同義語を含んでいるということに留意されたい。
本発明を、その好適なタイプの実現物に関連付けて説明したが、本発明の着想と範囲から外れなければ変更や修正をすることができるということは明らかで、このことは当業者であれば容易に理解できよう。
これらの変更と修正は、本発明および添付特許請求項の要諦と範囲を越えないで考慮すべきである。
産業上の利用可能性
本発明は、電気工学、遠隔操作、無線工学、およびオートメーションにおけるスレーブ機構として使用することが可能である。

Claims

固定ユニットをその中に固着されているハウジングと、可動部分とを有する圧電ステップ・モータであって、この固定ユニットが、ハウジングの中で縦方向平面に並んで設けられて、回転圧電セル及び第１の固定圧電セルを備える回転・固定圧電ユニットと、変位圧電セル及び第２の固定圧電セルを備える変位・固定圧電ユニットとを少なくとも備え、正の電圧が印加される場合に、前記可動部分を把持する前記第１の固定圧電セルは、前記回転圧電セルに接続されて前記回転圧電セルの回転に従って回転し、正の電圧が印加される場合に、前記可動部分を把持する前記第２の固定圧電セルは、前記変位圧電セルに接続されて、前記変位圧電セルの変位によって移動することを特徴とする圧電ステップ・モータ。
前記固定ユニットが、横断方向平面に設けてあって複数のセクタの形をしている少なくとも前記回転・固定圧電ユニットと前記変位・固定圧電ユニットとを備えることを特徴とする、請求項１記載の圧電ステップ・モータ。
請求項１または請求項２に記載の圧電ステップ・モータであって、ハウジングが動くことができ、圧電ユニットが静止円筒形ロータに固着されていることを特徴とする圧電ステップ・モータ。
請求項１、または請求項２、または請求項３に記載の圧電ステップ・モータであって、圧電セルが圧電リングあるいはそれらのセクタをセットにされ、その電極が交互に並列に接続された形になされ、連続するそれぞれの圧電リング、あるいはセクタの分極方向がその前のものの方向の反対になっていることを特徴とする圧電ステップ・モータ。
圧電ユニットの間の隙間が弾性絶縁材料で埋められていることを特徴と請求項１、または請求項２、または請求項３、または請求項４に記載の圧電ステップ・モータ。
可動部分と、回転圧電セル及び第１の固定圧電セルを備える回転・固定圧電ユニットと、変位圧電セル及び第２の固定圧電セルを備える変位・固定圧電ユニットとを少なくとも備え、前記第１の固定圧電セルは、前記回転圧電セルに接続されて前記回転圧電セルの回転に従って回転し、前記第２の固定圧電セルは、前記変位圧電セルに接続されて前記変位圧電セルの変位に従って移動する圧電型ステップモーターにおいて、前記可動部分を直線運動させる直線運動方法であって、
前記変位圧電セルに正の電圧を印加し、前記第１の固定圧電セル及び前記第２の固定圧電セルに正の電圧を印加する第１のステップと、
前記第１の固定圧電セルに負の電圧を印加する第２のステップと、
前記変位圧電セルに負の電圧を印加する第３のステップと、
前記第１の固定圧電セルに正の電圧を印加する第４のステップと、
前記第２の固定圧電セルに負の電圧を印加する第５のステップと、
前記変位圧電セルに正の電圧を印加する第６のステップと
を含むことを特徴とする直線運動方法。
可動部分と、回転圧電セル及び第１の固定圧電セルを備える回転・固定圧電ユニットと、変位圧電セル及び第２の固定圧電セルを備える変位・固定圧電ユニットとを少なくとも備え、前記第１の固定圧電セルは、前記回転圧電セルに接続されて前記回転圧電セルの回転に従って回転し、前記第２の固定圧電セルは、前記変位圧電セルに接続されて、前記変位圧電セルの変位に従って移動する圧電型ステップモーターにおいて、前記可動部分を回転運動させる回転運動方法であって、
前記変位圧電セルに正の電圧を印加し、前記第１の固定圧電セル及び前記第２の固定圧電セルに正の電圧を印加する第１のステップと、
前記第２の固定圧電セルに負の電圧を印加する第２のステップと、
前記回転圧電セルに負の電圧を印加する第３のステップと、
前記第２の固定圧電セルに正の電圧を印加する第４のステップと、
前記第１の固定圧電セルに負の電圧を印加する第５のステップと、
前記回転圧電セルに正の電圧を印加する第６のステップと
を含むことを特徴とする回転運動方法。