JPH02174568A - 圧電アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は圧電アクチュエータに関し、特に駆動源である
モータとして用いる回転型の圧電アクチュエータに関す
る。

〔従来の技術〕

従来、装置等に組み込まれる駆動源としては、永久磁石
と電磁石との磁極、極数の組合わせによる磁気作用を利
用したＤＣモータ、ＡＣモータパルスモーク等数多くの
種類が使われている。

これらのモータの特性は、磁気の強さ、加工精度、磁極
数の違いによって決定してくる。一般にモータ容積か大
きいほど高トルク低速安定回転であり、容積が小さいは
と低１〜ルク高速回転型が多い。　更に必要に応して極
低回転か要求される際には、モーフロータ軸に歯車を数
枚弁して出力軸を低回転に変換している。

−・方、」二連の磁気力によるモータに代って、圧型素
子を駆動源とするモータか近年使われるようになってい
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来の磁気特性を応用したモータは、それぞれ
モータ容積に特性が比例しており、これは磁石の強さ及
びコイルの巻数によっている。従って、容積か大きく重
量のものほど高トルクか得られる。更に、極低回転数が
必要な際には歯車か加わり、そこに重量が加算される。

そのため装置設計上、高１〜ルク安定極低回転を必要と
しながらも、装置容積に対し駆動源スペースを小さく且
つ軽量化したいという要望を満足させることができない
。

更に装置環境上、磁場を発生する物体を使用できないに
もかかわらず駆動源を必要とする場合には、磁気シール
ド＠横が必要であるなとの問題点があった。このように
、装置の軽薄短小化か進むにつれて、高トルク小型モー
タの要求が高まり、従来の大型の重量モータては満足て
きない点が増えている。

一方、これらの問題点を解決すへく登場してきた回転型
の圧電アクチュエータは、小型軽量化は図れても、高ト
ルク、極低速回転、微小ステップ角回転等において満足
すＩ＼きものは得られていない 本発明の目的は、非磁性および小型軽量で、高１−ルク
、極低速回転１微小スデッ１角回転を達成できる回転型
の圧電アクチュエータを提供することにある。

〔課題を解決する）ごめの手段〕

本発明は、回転中心に位置する軸と、この軸の一端に締
に１けナツトを他端に円盤状のス＋−ツバを設けた支持
機構と、前記ストッパ内端面軸周囲にそれぞれ一端を固
着して円周状に設置すた複数の収縮型圧電素子と、この
複数の収縮型圧電素子のそれぞれの他端に一端を固着し
て設けた同数個の平行頷き型圧電素子と、この複数の平
行傾き型圧電素子のそれぞれの他端に同数個固着して設
けられた高摩擦板と、この高摩擦板に接し前記軸に回転
自在に嵌合した回転ロータと、この回転ロータと前記締
付はナラ１〜との間に介在され前記回転ロータと前記高
摩擦板と前記平行傾き型圧電素子および前記収縮型圧電
素子とを重ねて前記スト・ンパ方向に付勢するスプリン
グとを備えた圧電アクチュエータである。

〔作用〕

次に本発明の作用について図面を参照して説明する。第
１図は本発明の一実施例の全体斜視図、第２図はその断
面図、第３図Ｉ、　ＩＩ、　Ｉ［１，ＩＶ、　Ｖはそれ
ぞれ本発明の詳細な説明する圧電素子部分の展開図であ
る。

第］図、第２区に示ずように、本発明の圧電アクチュエ
ータは、円盤状ストッパ１（以下単にストッパと称す）
に軸２を設け、この軸２の他端にはねし部を設け、全体
を安定固定する締付はす・ン？−３が設けられている。

軸２の周囲てス１−・ンノ（１の内端面には、複数の収
縮型圧電素子４．平行傾き型圧電素子５．高摩擦板６２
回転ロータ７、ヘアリング８が備わり、これらを軸２の
ス１−・ンノヘ１方向に付勢する皿ばね９を備えている
。

次に、第３図１．　ｆｆ、　ＩＩｌ、　ＩＶ、　Ｖを用
いて本発明の詳細な説明する。

まず、同図■は、通電かなされていない場合の状態で、
皿はねって１寸分された回転ロータ７とス１〜ツバ１と
て挟まれて圧電素子部分は押圧されている。

次に、同図■に示ずように、収縮型圧電素子４（ａ−］
、］ａ−２．ａ−３．ａ−４）にプラス電圧を加えると
、収縮型圧電素子４　（ａ−］、］ａ−２．ａ−３．ａ
−４＞は締付はナラ１−３方向に数十μ■１瞬時に伸び
、回転ロータ７を押し上ける。それと同時に、収縮型圧
電素子４　（ｂ−Ｌｂ−２，ｂ−３，ｂ−４）にマイナ
ス電圧を加えると、収縮型圧電素子４　（ｂ−ＩＪ−”
２．ｂ−３，ｂ−４＞はストッパ１方向に数十μＩｌｌ
瞬時に縮む。

この状態で平行頷き型圧電素子５　（ｃ−１，ｃ−２，
ｃ３　ｃ−４）にプラス電圧を加えると、平行傾き型圧
電素子５　（ｃ−ｂｅ−２，ｃ−３，ｃ−４）は軸２方
向に対して直角方向、ずなわち回転ロータ７の回転方向
に数十μｍ瞬時に傾き、回転ロータ７を傾き量だけ移動
させる。

次に、同図■に示すように、前記Ｈの状態で収縮型圧電
素子４　（ａ−］、］ａ−２．ａ−３．ａ−４＞にマイ
ナス電圧を加えると、収縮型圧電素子４．　（ａ−］、
ａ−２，ａ３、ａ−４）はストッパ１方向に数十μｍ瞬
時に縮み、押し」二けていた回転ロータ７を皿はね９の
援助作用で降下させる。

次に、同図■に示ずように、前記■の状態で収縮型圧電
素子４（ｌ）川、ｂ−２，ｂ−３，ｂ−４）にプラス電
圧を加えると、収縮型圧電素子４　（ｂ−Ｌｂ−２，ｂ
−３ｂ−４＞は締付りナツト３方向に数十μｎ１瞬時に
仲ひ、回転ロータ７を押し上げる。それと同時に、平行
傾き型圧電素子５　（ｄ−１，ｄ−２，ｄ−３，ｄ−４
）にプラス電圧を加えると、平行傾き型圧電素子５（ｄ
ｄ−２，ｄ−３，ｄ−４）は軸２方向に対して直角方向
、ずなわち回転ロータ７の回転方向に数十μｍ瞬時に傾
き、回転ロータ７を傾き量だ（す移動させる。

それと同時に、プラス電圧を加えて傾いていた平行傾き
型圧電素子５　（ｃ−１，ｃ−２，ｃ−３，ｃ−４）の
通電を切り、傾きをなくして元の状態に戻す。

次に、同図Ｖに示すように、前記■の状態て収縮型圧電
素子４　（ｂ−１，ｂ−２，ｂ−３，ｂ−４）にマイナ
ス電圧を加えると、収縮型圧電素子４　（ｂ−１ｂ−２
，ｌ＋３、ｂ−４）はストッパ１方向に数十μＩｌ＋瞬
時に縮み、押し上けていた回転ロータ７を皿ばね９の援
助作用て降下させる。

次に、同図Ｈに戻り、前記Ｖの状態で収縮型圧電素子４
　（ａｌ、ａ−２，ａ−３，ａ−４）にプラス電圧を加
えると、収縮型圧電素子４　（ａ−１，ａ−２，ａ−３
，ａ−４）は締付けナット３方向に数十μＩｌｌ瞬時に
仲ひ、回転ロータ７を押し上げる。それと同時に、平行
傾き型圧電素子５　（ｃ−１，ｃ−２，ｃ−３，ｃ−４
）にプラス電圧を加えると、平行傾き型圧電素子５　（
ｃ−１，ｃ−２ｃ３．ｃ−４）は軸２方向に対して直角
方向、ずなわち回転ロータ７の回転方向に数十）ｔ　ｍ
瞬時に傾き、回転ロータ７を傾き量たけ移動させる。そ
れと同時に、プラス電圧を加えて６頁いていた平行傾き
型圧電素子５　（ｄ−１，ｄ−２，ｄ−３，ｄ−４）の
通電を切り、傾きをなくして元の状態に戻す。

次に、前記Ｈの状態で同図■の動作を行い、次に、前記
■の状態て同図■の動作を行い・・と繰り返し連続する
と、回転ロータ７は安定したステップ状の回転角が得ら
れる。又、平行傾き型圧電素子５を動作させる際プラス
電圧を加えていたが、マイナス電圧を入力すると回転ロ
ータ７が逆転し、上記動作と同じ動作を逆転して行う。

〔実施例〕 次に本発明の一実施例について、図面を参照して説明す
る。第１図及び第２図を用いて説明すると、円盤状ス１
−ツバ１に軸２を設け、この軸２の他端にはねし部を設
け、軸方向に圧力が加えられるよう締イ」けナツト３を
備えている。円盤状ストッパ］の内側端面には、収縮型
圧電素子４が軸２の周囲に等分して８個（本実施例では
８個であるか４個以」二であれば問題はない）、接着に
より固定されている。

更に、この収縮型圧電素子４に平行傾き型圧電素子５か
、又その上に高摩擦板６が、それぞれの収縮型圧電素子
４に接着により固定されている。

回転ロータ７は、軸２に回転自在に嵌合され円盤状をな
している。更に、締付けナット３と回転ロータ７との間
にヘアリング８と皿はね９が備わり、収縮型圧電素子４
の収縮を助けると共に回転ロータ７かスムーズな回転を
得られるように構成されている。

本発明の圧電アクチュエータの保持力は、高摩擦板６と
回転ロータ７との摩擦係数と、締付はナラ１へ３の締付
は力との積で決定する。　従って１〜ルクは、締付はナ
ラ１−３で締め付けた保持力以」二の力で回転ロータ７
を圧電素子か移動させるため、保持力以上である。又、
回転速度は、圧電素子に入力可能なパルス周波数で決ま
る。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれは、収縮型圧電素子と
平行傾き型圧電素子との電圧のかけかた次第て回転ロー
タか正転逆転し、且つ数十ｋｇ・ｃｍの高トルク、安定
極低速ステップ角回転運動が得られる。又、従来の磁気
応用モータに比較しても、容積で約１／４〜１１５の軽
薄短小化が可能となり、更に電磁石コイルの製作が不要
て組立てか容易になり、コストが安価になるなとの効果
があり る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の全体斜視図、第２図はその
断面図、第３図Ｉ、　ＩＩ、　ＩＩＩ、　ＩＶ、　Ｖは
それぞれ本発明の詳細な説明する圧電素子部分の展開図
である。 １　円盤状ストッパ、２・・軸、３・締付はナラ１〜．
４・・・収縮型圧電素子、５−・・平行傾き型圧電素子
、６　高摩擦板、７・・・回転ロータ、８・ベアリング
、９・・皿ばね。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 回転中心に位置する軸と、この軸の一端に締付けナット
   を他端に円盤状ストッパを設けた支持機構と、前記スト
   ッパ内端面軸周囲にそれぞれ一端を固着して円周状に設
   けた複数の収縮型圧電素子と、この複数の収縮型圧電素
   子のそれぞれの他端に一端を固着して設けた同数個の平
   行傾き型圧電素子と、この平行傾き型圧電素子のそれぞ
   れの他端に同数個固着して設けられた高摩擦板と、この
   高摩擦板に接し前記軸に回転自在に嵌合した回転ロータ
   と、この回転ロータと前記締付けナットとの間に介在さ
   れ前記回転ロータと前記高摩擦板と前記平行傾き型圧電
   素子および前記収縮型圧電素子とを重ねて前記ストッパ
   方向に付勢するスプリングとを備えたことを特徴とする
   圧電アクチュエータ。