JPH02142362A - Actuator - Google Patents

Actuator

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JPH02142362A
JPH02142362A JP63291819A JP29181988A JPH02142362A JP H02142362 A JPH02142362 A JP H02142362A JP 63291819 A JP63291819 A JP 63291819A JP 29181988 A JP29181988 A JP 29181988A JP H02142362 A JPH02142362 A JP H02142362A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
casing
disc
swash plate
piezoelectric element
actuator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP63291819A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masatoshi Kondo
雅俊 近藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Heavy Industries Ltd filed Critical Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority to JP63291819A priority Critical patent/JPH02142362A/en
Publication of JPH02142362A publication Critical patent/JPH02142362A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

PURPOSE:To improve endurability and available efficiency by arranging a slanting plate between a casing and a disc and by oscillatingly swinging the slanting plate. CONSTITUTION:A driving disc 2 is provided on a rotating shaft 1. Opposite the disc 2 a fixed casing 3 is provided. Between the disk 2 and the casing 3 a slanting plate 4 is arranged and between this diagonal plate 4 and the casing 3 a piezoelectric element 5 is arranged. The conical surface 41 of the slanting plate 4 comes into contact with the disc 2, while the above rotating shaft 1 is supported by a bearing 6. This bearing 6 can slide freely and a spring 8 is provided between the bearing 6 and an adjusting nut 7. By rotating this nut 7, the contact pressure of the slanting plate 4 to the disc 2 can be adjusted. Thus, if the voltage is applied to the piezoelectric element 5, the rotating shaft 1 is rotated through the slanting plate 4 and the disc 2.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、圧電素子の変形を回転力に変換して取り出す
ようにしたアクチュエータに関し、更に詳しくは圧電素
子の変形を斜板の首振り揺動回転に変換し、これを出力
回転として取り出すようにしたアクチュエータに関する
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to an actuator that converts the deformation of a piezoelectric element into rotational force and extracts it. The present invention relates to an actuator that converts dynamic rotation into dynamic rotation and extracts it as output rotation.

(従来の技術) 圧電素子の伸縮を利用してこれを回転力として利用した
超音波アクチュエータは、小形、軽量、高トルクな上、
慣性力も小さいので種々の制a装置の駆動源として使用
されている。
(Prior art) Ultrasonic actuators that utilize the expansion and contraction of piezoelectric elements to generate rotational force are small, lightweight, and have high torque.
Since the inertial force is small, it is used as a driving source for various aerodynamic control devices.

以下に、第3図に上りで従来公知の超音波アクチュエー
タの一例を説明する。
An example of a conventionally known ultrasonic actuator will be described below with reference to FIG.

回転軸11には駆動円板12が設けられ、該駆動円板1
2と対向して固定ケーシング13が設けられている。駆
動円板12と固定ケーシング13との間には圧電素子1
4の固定された円板状の弾性体15が配設されている。
A driving disk 12 is provided on the rotating shaft 11, and the driving disk 1
A fixed casing 13 is provided opposite to 2. A piezoelectric element 1 is provided between the drive disk 12 and the fixed casing 13.
Four fixed disk-shaped elastic bodies 15 are disposed.

その作用は、大のとおりである。Its effect is as follows.

圧電素子14が円周方向に順次電圧印加されると、弾性
体15に進行波が生じ、該進行波によって駆動円板12
が回転される。
When a voltage is sequentially applied to the piezoelectric element 14 in the circumferential direction, a traveling wave is generated in the elastic body 15, and the traveling wave causes the driving disk 12 to
is rotated.

(発明が解決しようとする課題) ところが、前記従来公知の超音波アクチュエータでは次
のような問題点があった。
(Problems to be Solved by the Invention) However, the conventionally known ultrasonic actuator has the following problems.

前記公知の超音波アクチュエータでは、弾性体が共振を
起こして大きく弾性変形し、更にはそれが高周波で振動
させられるため、材料の疲労が著しくなって、疲労痔命
が短いものとなっていた。
In the known ultrasonic actuator, the elastic body causes resonance and undergoes large elastic deformation, and is further vibrated at a high frequency, resulting in significant fatigue of the material and shortening the lifespan of fatigue hemorrhoids.

又、進行波を効果的に利用するために、共振系を用いて
いるが、共振周波数は弾性体の形状から一義的に定まっ
てしまう。そのため、超音波アクチュエータの回転速度
も定まってしまい、定速度アクチュエータとなってしま
う。
Furthermore, although a resonant system is used to effectively utilize traveling waves, the resonant frequency is uniquely determined by the shape of the elastic body. Therefore, the rotational speed of the ultrasonic actuator is also fixed, resulting in a constant speed actuator.

進行波を起こさせるために、位相が90°異なる定在波
を組み合わせているが、この定在波の一方に相当する分
しか駆動力として利用できないので、進行波としての利
用効率が最大50%となるに過ぎず、超音波アクチュエ
ータとしての効率が余り高くなかった。
In order to generate a traveling wave, standing waves with a phase difference of 90° are combined, but since only the portion corresponding to one of these standing waves can be used as driving force, the utilization efficiency as a traveling wave is up to 50%. Therefore, the efficiency as an ultrasonic actuator was not very high.

そこで、本発明の目的は、前記従来公知の超音波アクチ
ュエータの欠点を改善し、耐久性に優れ、回転速度の選
定の自由度が大きく、圧電素子の伸縮動作の利用効率の
高い超音波アクチュエータを提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to improve the drawbacks of the conventionally known ultrasonic actuators, and to provide an ultrasonic actuator that is excellent in durability, has a large degree of freedom in selecting the rotational speed, and is highly efficient in utilizing the expansion and contraction motion of the piezoelectric element. It is about providing.

(課題を解決するための手段) 上記目的を達成するため、本発明に係るアクチュエータ
では、次のように構成されている。
(Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, an actuator according to the present invention is configured as follows.

即ち、第一の本発明では、ケーシングと、該ケーシング
に対向して配設された円板と、前記ケーシングと前記円
板との間に配設された斜板と、一端が該斜板に固着され
、他端が前記ケーシングに固着されると共に、変形が順
次周方向に移動するように電圧印加される圧電素子と、
を備えて成り、前記圧電素子への電圧印加によって前記
斜板を首振り揺動させることによって斜板と円板との間
に相対的な変位を生ゼしぬ、前記ケーシングか円板かの
どちらか一方を回転不能とし、他方を回転可能として該
回転可能な側から出力回転を取り出すようにした。
That is, in the first aspect of the present invention, a casing, a disc disposed opposite to the casing, a swash plate disposed between the casing and the disc, and one end of which is disposed on the swash plate. a piezoelectric element, the other end of which is fixed to the casing, and to which a voltage is applied so that the deformation sequentially moves in the circumferential direction;
of the casing or the disc, which causes no relative displacement between the swash plate and the disc by oscillating the swash plate by applying a voltage to the piezoelectric element. One of them is made non-rotatable and the other is made rotatable so that the output rotation is taken out from the rotatable side.

また、他の本発明では、ケーシングあるいは円板のどち
らか一方あるいは両方が互いに接近、離反可能に設けら
れ、これによって斜板と円板との接触圧を可変とした。
In another aspect of the present invention, either or both of the casing and the disc are provided so as to be able to approach and separate from each other, thereby making the contact pressure between the swash plate and the disc variable.

さらに他の本発明では、円板と斜板とに互いに噛合する
歯数の異なる歯が設けられ、斜板の一回の揺動によって
その歯数差に相当する位相差だけケーシングあるいは円
板のどちらか一方から出力回転を取り出すようにした。
In still another aspect of the present invention, the disc and the swash plate are provided with teeth having different numbers of teeth that mesh with each other, and one swing of the swash plate causes the casing or the disc to shift by a phase difference corresponding to the difference in the number of teeth. I tried to get the output rotation from either one.

(実施例) 以下に、本発明の実施例を第1図及び第2図を参照して
説明する。
(Example) An example of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 and 2.

図を参照して、回転軸1には駆動円板2が一体あるいは
別体に設けられ、該駆動円板2と対向して固定ケーシン
グ3が設けられている。駆動円板2と固定ケーシング3
との間には斜板4が配置されている。斜板4と固定ケー
シング3との間には圧電素子5が配置されている。圧電
素子5は一端が斜板4に固着され、他端は固定ケーシン
グ3に固着されている。斜板4の駆動円板2に対向した
側は円錐面41となっており、該円錐面4.は駆動円板
2と接触している。回転軸1は固定ケーシング3を貫通
し、該固定ケーシングとの間に設けられた軸受6によっ
て回転自在に支持されている。軸受6は回転軸1上を軸
方向に摺動自在となっている。回転軸1の端部には調整
ナツト7が螺入され、該調整ナツト7と軸受6との間に
スプリング8が設けられている。この調整す・ント7を
回転させることにより斜板4の駆動円板2に対する接触
圧力を調整可能としている。第2図からも分かるように
、圧電素子5は円周方向に複数個、この実施例では5A
、5B15C,5D、5a15b、5c。
Referring to the figure, a rotating shaft 1 is provided with a drive disk 2, either integrally or separately, and a fixed casing 3 is provided opposite the drive disk 2. Drive disk 2 and fixed casing 3
A swash plate 4 is arranged between. A piezoelectric element 5 is arranged between the swash plate 4 and the fixed casing 3. The piezoelectric element 5 has one end fixed to the swash plate 4 and the other end fixed to the fixed casing 3. The side of the swash plate 4 facing the drive disk 2 is a conical surface 41, and the conical surface 4. is in contact with the drive disk 2. The rotating shaft 1 passes through a fixed casing 3 and is rotatably supported by a bearing 6 provided between the fixed casing and the fixed casing. The bearing 6 is slidable on the rotating shaft 1 in the axial direction. An adjusting nut 7 is screwed into the end of the rotating shaft 1, and a spring 8 is provided between the adjusting nut 7 and the bearing 6. By rotating this adjustment point 7, the contact pressure of the swash plate 4 against the drive disk 2 can be adjusted. As can be seen from FIG. 2, there are a plurality of piezoelectric elements 5 in the circumferential direction, and in this embodiment, the number of piezoelectric elements 5 is 5A.
, 5B15C, 5D, 5a15b, 5c.

5dの8個設置されている。Eight pieces of 5d are installed.

以上のように構成された本発明の一実施例になる超音波
アクチエエータの作用について説明する。
The operation of the ultrasonic actuator according to an embodiment of the present invention configured as described above will be explained.

第1図の状態は、圧電素子5Aが伸び、圧電素子5aが
縮んだ状態を示している。
The state shown in FIG. 1 shows a state in which the piezoelectric element 5A is extended and the piezoelectric element 5a is contracted.

この状態から、順次円周方向に電圧印加をずらせて行っ
て、次に圧電素子5Bが伸び、圧電素子5bが縮むよう
にし、更に、圧電素子5Cが伸び、圧電素子5cが縮み
、続いて圧電素子5Dが伸び、圧電素子5dが縮むよう
にして行く。そして、再度圧電素子5A、5aの伸縮に
戻る。
From this state, the voltage application is sequentially shifted in the circumferential direction so that the piezoelectric element 5B is expanded, the piezoelectric element 5b is contracted, the piezoelectric element 5C is further expanded, the piezoelectric element 5c is contracted, and then the piezoelectric The element 5D expands and the piezoelectric element 5d contracts. Then, the process returns to the expansion and contraction of the piezoelectric elements 5A and 5a.

このように、電圧印加が一周すると、斜板4はちょうど
コマが斜めになって首振り揺動回転するように動作する
In this way, when the voltage application completes one cycle, the swash plate 4 operates so that the top becomes oblique and swings and rotates.

斜板4はそれ自身回転することなく単に傾斜角度θで首
振り揺動するだけであるが、斜板4の円錐面4.上の一
点は所定の周速で変位するので、該円錐面4Iが駆動円
板2と接触してこれを回転駆動するので、結局回転柚1
が回転するものとなる。この場合の回転メカニズムは斜
板歯車を用いた減速機構として公知であり(特開昭60
−125443号公報参照)、その減速比は以下のとお
りである。
The swash plate 4 does not rotate itself but simply swings at an inclination angle θ, but the conical surface 4 of the swash plate 4 does not rotate. Since the upper point is displaced at a predetermined circumferential speed, the conical surface 4I comes into contact with the drive disk 2 and drives it to rotate, so that the rotating disk 1
becomes rotating. The rotation mechanism in this case is known as a reduction mechanism using a swash plate gear (Japanese Unexamined Patent Publication No. 1986-60
-125443), and its reduction ratio is as follows.

即ち、首振り揺動回転の傾斜角度をθとすると、減速比
は 1/Sinθ となる。
That is, if the inclination angle of the swinging rotation is θ, the reduction ratio is 1/Sinθ.

今、圧電素子5の変位量をΔし、圧電素子5の取り付は
半径をRとすると、ΔLは微少であるからSinθ=θ
となり、結局減速比は1/Sinθ=1/θ=1/(Δ
L/R)=R/ΔL となる。
Now, if the displacement amount of the piezoelectric element 5 is Δ, and the mounting radius of the piezoelectric element 5 is R, then ΔL is very small, so Sinθ=θ
In the end, the reduction ratio is 1/Sinθ=1/θ=1/(Δ
L/R)=R/ΔL.

以上は本発明の一実施例であって、本発明は上記実施例
に限定されるものではない。
The above is one embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to the above embodiment.

例えば、斜板と駆動円板とに歯数の異なる歯を形成し、
斜板が1回首振り揺動回転する間に歯数差だけ位相がず
れ、このずれを出力回転として取り出す構成も含むもの
である。
For example, forming different numbers of teeth on the swash plate and the drive disk,
It also includes a configuration in which the phase shifts by the difference in the number of teeth during one oscillating rotation of the swash plate, and this shift is extracted as an output rotation.

又、固定ケーシングと駆動円板とは相対的なものであり
、固定ケーシングを回転可能とし、駆動円板を固定する
構造としたものも本発明には含まれるものである。
Further, the fixed casing and the drive disk are relative, and the present invention also includes a structure in which the fixed casing is rotatable and the drive disk is fixed.

(発明の効果) 以上に説明した本発明の効果を上げると以下のとおりで
ある。
(Effects of the Invention) The effects of the present invention explained above are as follows.

弾性体の変形を利用するものではないので、耐久性が弾
性体の疲労寿命とは無関係になり、耐久性が向上する。
Since the deformation of the elastic body is not utilized, the durability is independent of the fatigue life of the elastic body, and the durability is improved.

又、印加電圧を変えることにより圧電素子の変位量を変
えたり、首振り揺動回転の回転数を変化させることによ
り、回転数の制御も容易となる。
Furthermore, the rotation speed can be easily controlled by changing the amount of displacement of the piezoelectric element by changing the applied voltage, or by changing the rotation speed of the oscillating rotation.

従来公知の超音波アクチュエータの特性と同特性を持っ
ているので、従来公知の超音波アクチュエータと同様に
使用することができる。
Since it has the same characteristics as conventionally known ultrasonic actuators, it can be used in the same manner as conventionally known ultrasonic actuators.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例を示す超音波アクチュエータ
の断面図、12図は第1図の超音波アクチュエータの圧
電素子の取り付けを示す正面図、第3図は公知の超音波
アクチュエータの断面図である。 1:回転軸 2:駆動円板 3:固定ケーシング4:斜
板 4.:円錐面 5:圧電素子 6:軸受7:ナツト
 8ニスプリング 復代理人 弁理士 辻 三部(ばか1名)第 図 第 図 ら
Fig. 1 is a sectional view of an ultrasonic actuator showing an embodiment of the present invention, Fig. 12 is a front view showing the attachment of a piezoelectric element of the ultrasonic actuator of Fig. 1, and Fig. 3 is a sectional view of a known ultrasonic actuator. It is a diagram. 1: Rotating shaft 2: Drive disk 3: Fixed casing 4: Swash plate 4. : Conical surface 5: Piezoelectric element 6: Bearing 7: Nut 8 Nispring sub-agent Patent attorney Tsuji Sanbe (1 idiot) Fig. Fig. et al.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1) ケーシングと、該ケーシングに対向して配設さ
れた円板と、前記ケーシングと前記円板との間に配設さ
れた斜板と、一端が該斜板に固着され、他端が前記ケー
シングに固着されると共に、変形が順次周方向に移動す
るように電圧印加される圧電素子と、 を備えて成り、前記圧電素子への電圧印加によって前記
斜板を首振り揺動させることによって斜板と円板との間
に相対的な変位を生ぜしめ、前記ケーシングか円板かの
どちらか一方を回転不能とし、他方を回転可能として該
回転可能な側から出力回転を取り出すことを特徴とする
アクチュエータ。
(1) A casing, a disc disposed opposite to the casing, and a swash plate disposed between the casing and the disc, one end of which is fixed to the swash plate and the other end of which is fixed to the swash plate. a piezoelectric element fixed to the casing and to which a voltage is applied so that the deformation sequentially moves in the circumferential direction; A relative displacement is produced between the swash plate and the disc, and either the casing or the disc is made non-rotatable, the other is rotatable, and output rotation is extracted from the rotatable side. actuator.
(2) ケーシングあるいは円板のどちらか一方あるい
は両方が互いに接近、離反可能に設けられ、これによっ
て斜板と円板との接触圧を可変としたことを特徴とする
特許請求の範囲第1項記載のアクチュエータ。
(2) Either or both of the casing and the disc are provided so that they can approach and separate from each other, thereby making the contact pressure between the swash plate and the disc variable. Actuator as described.
(3) 円板と斜板とに互いに噛合する歯数の異なる歯
が設けられ、斜板の一回の揺動によってその歯数差に相
当する位相差だけケーシングあるいは円板のどちらか一
方から出力回転を取り出すことを特徴とする特許請求の
範囲第1項又は第2項記載のアクチュエータ。
(3) The disk and the swash plate are provided with teeth with different numbers of teeth that mesh with each other, and one swing of the swash plate causes a phase difference corresponding to the difference in the number of teeth to be released from either the casing or the disk. 3. The actuator according to claim 1, wherein the actuator extracts output rotation.
JP63291819A 1988-11-18 1988-11-18 Actuator Pending JPH02142362A (en)

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