JPH0382379A - Miniature motor - Google Patents

Miniature motor

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JPH0382379A
JPH0382379A JP1218955A JP21895589A JPH0382379A JP H0382379 A JPH0382379 A JP H0382379A JP 1218955 A JP1218955 A JP 1218955A JP 21895589 A JP21895589 A JP 21895589A JP H0382379 A JPH0382379 A JP H0382379A
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JP
Japan
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piezoelectric element
rotor
actuator
claw
secured
Prior art date
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Pending
Application number
JP1218955A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yukihiro Hirama
平間 幸弘
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.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
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Publication of JPH0382379A publication Critical patent/JPH0382379A/en
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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

PURPOSE:To improve accuracy and resolution of a motor by driving an actuator in which pawls to be engaged with fine teeth formed uniformly on the periphery of a rotor coupled directly to a rotational shaft are secured by two piezoelectric elements perpendicular to each other. CONSTITUTION:A rotor 7 secured to a rotational shaft 9 is rotatably supported by a bearing 5. Fine teeth are formed uniformly on the periphery of the rotor 7. A piezoelectric element 2 elongated and contracted in directions X and secured at its one end to a frame 1 and a piezoelectric element 3 elongated and contracted in directions Y and secured at its one end to the frame 1 are provided. The elements 2, 3 support an actuator 4 through hinges 2a, 3a. Four actuators 4 are arranged at an interval of 90 deg. on the periphery of the rotor 7. The rotor 7 is incrementally rotated in a direction of an arrow A or B in various combinations of ON and OFF of one or both of the elements 2, 3. Thus, a motor having a small size, a light weight and high accuracy is manufactured.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は微小な回転運動を伝動する微小回転モータに関
する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a minute rotary motor that transmits minute rotational motion.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

情報処理分野などにおいて使用される各種の機器では精
密にして微小な回転運動を必要とするものが多い、たと
えばドツトプリント方式のプリンタにおける用紙送り機
構やプリントヘッドの送り機構、また磁気ディスク装置
における磁気ヘッドのアクセス機構などがある。
Many of the various devices used in the information processing field require precise and minute rotational movements, such as paper feed mechanisms and print head feed mechanisms in dot print printers, and magnetic heads in magnetic disk drives. access mechanisms, etc.

従来、このような用途では一般にパルスモータが使用さ
れることが多い。すなわちパルスモータでは複雑なサー
ボ機構を必要としないので、比較的単純な機構を採用し
て上記のような機器を構成できるという利点がある。
Conventionally, pulse motors are often used in such applications. That is, since the pulse motor does not require a complicated servo mechanism, it has the advantage that the above-mentioned device can be constructed using a relatively simple mechanism.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

しかしながらこのようなパルスモータの分解能はロータ
の一回転につき1/400程度が構造上の限界であり、
これ以上の微小の回転を必要とする場合には歯車列など
を介して変速しなければならないという欠点がある。
However, the resolution of such a pulse motor is structurally limited to about 1/400 per rotation of the rotor.
If a smaller rotation than this is required, there is a drawback that the speed must be changed via a gear train or the like.

また上記のように歯車列などを必要とするため部品点数
が増加するのみでなく、それらのバックラッシュなどに
よって発生する機械的な精度の劣化も避けられないとい
う欠点もある。
Furthermore, as mentioned above, since the gear train and the like are required, the number of parts not only increases, but also has the drawback that mechanical accuracy is inevitably deteriorated due to backlash of the parts.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

本発明の微小回転モータは、回転軸に直結され周辺に微
細な歯形を一様に有する□−夕と、前記歯形に嵌合する
爪を固定したアクチエータと、前記アクチエータを駆動
する互いに直交して配置された第一および第二の圧電素
子とを有している。
The micro-rotary motor of the present invention includes a □-driver that is directly connected to a rotating shaft and has a uniform minute tooth profile around the periphery, an actuator that has fixed pawls that fit into the tooth profile, and a motor that is orthogonal to each other that drives the actuator. and first and second piezoelectric elements arranged.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明による微小回転モータについて図面を参照
、しながら説明する。
Hereinafter, a micro rotation motor according to the present invention will be explained with reference to the drawings.

第1図は本発明の一実施例を示す部分側面図である0本
実施例では、4個の7クチ工−タ機構を有しているが、
その一つについて説明を行う。同図において微小回転モ
ータの回転軸6はX圧電素子2の変位ΔXおよびY圧電
素子3の変位ΔYを組合せて作動させることによって微
小回転する。
FIG. 1 is a partial side view showing an embodiment of the present invention. This embodiment has four 7-chip machine mechanisms.
I will explain one of them. In the figure, the rotating shaft 6 of the micro-rotation motor is slightly rotated by operating the displacement ΔX of the X piezoelectric element 2 and the displacement ΔY of the Y piezoelectric element 3 in combination.

フレームlは微小回転モータの機構的構成を保持する枠
組を形成している。
The frame l forms a framework that holds the mechanical configuration of the micro-rotary motor.

X圧電素子2は一端をフレーム1に固定し、他端はXヒ
ンジ2aを介してアクチエータ4を支持している。また
Y圧電素子3はその伸縮の方向がX圧電素子2の伸縮の
方向と直交するように、その一端をフレームlに固定し
、他端はYヒンジ3aを介してアクチエータ4を支持し
ている。
One end of the X piezoelectric element 2 is fixed to the frame 1, and the other end supports the actuator 4 via an X hinge 2a. Furthermore, one end of the Y piezoelectric element 3 is fixed to the frame l so that the direction of expansion and contraction of the Y piezoelectric element 3 is perpendicular to the direction of expansion and contraction of the X piezoelectric element 2, and the other end supports the actuator 4 via a Y hinge 3a. .

アクチエータ4は上記のXヒンジ2aおよびYヒンジ3
aによって支持され、X圧電素子2およびY圧電素子3
のそれぞれ互いに直交する伸縮方向に自在に移動できる
。モしてX圧電素子2が伸縮する方向に先端を向けて爪
4aを固定する。
The actuator 4 is the above-mentioned X hinge 2a and Y hinge 3.
X piezoelectric element 2 and Y piezoelectric element 3
can move freely in expansion and contraction directions perpendicular to each other. Then, fix the claw 4a with the tip facing the direction in which the X piezoelectric element 2 expands and contracts.

回転軸6はフレーム1に固定された軸受5に嵌合して回
転できるように支持されている。そして周辺に歯7aを
刻んだロータ7を直結している。
The rotating shaft 6 is fitted into a bearing 5 fixed to the frame 1 and supported so as to be rotatable. A rotor 7 having teeth 7a carved around the periphery is directly connected to the rotor 7.

さらにロータ7の法線方向が常に上記の爪4aと歯7a
が嵌合する方向に在るように構成する。
Furthermore, the normal direction of the rotor 7 is always the same as the claw 4a and the tooth 7a.
is in the direction of fitting.

第2図(a)および(b)は第1図においてロータ7を
A方向に回転させるときの7クチユ工−タ機構工の動作
を示す説明図である。
FIGS. 2(a) and 2(b) are explanatory diagrams showing the operation of the seven rotor mechanisms when rotating the rotor 7 in the direction A in FIG. 1.

第2図(a)は爪4aの先端の移動順序を示す。FIG. 2(a) shows the order in which the tip of the claw 4a moves.

同図において最初の状態(圧電素子がいずれも付勢され
ていない状態、すなわち印加電圧がOFFの状態)の爪
4aの先端の座標を(0,0)とし、X圧電素子2の印
加電圧がONになったときΔX1Y圧電素子3の印加電
圧がONとなったときΔYだけ爪4aの先端が移動する
。数字および矢印はその移動順序を示している。すなわ
ちX圧電素子2をONにすれば爪4aの先端は(ΔX、
0)に移動し、ロータ7の歯7aに嵌合する。つづいて
Y圧電素子3をONにすると爪4aは歯7aをA方向に
押してその先端は(ΔX、ΔY)へ移動する。つぎにX
圧電素子2をOFFすれば爪4aの先端は(0,ΔY)
に移動して歯7aとの嵌合を脱する。さらにY圧電素子
3をOFFにすると爪4aの先端は、(0,0)に戻っ
て最初の状態に復帰する。このようにしてロータ7を直
結した回転軸6は歯7&のlピッチだけA方向に微小回
転する。
In the figure, the coordinates of the tip of the claw 4a in the initial state (the state in which none of the piezoelectric elements are energized, that is, the applied voltage is OFF) are (0,0), and the applied voltage of the X piezoelectric element 2 is When turned ON, ΔX1Y When the voltage applied to the piezoelectric element 3 is turned ON, the tip of the claw 4a moves by ΔY. Numbers and arrows indicate the order of movement. That is, when the X piezoelectric element 2 is turned on, the tip of the claw 4a becomes (ΔX,
0) and fits into the teeth 7a of the rotor 7. Subsequently, when the Y piezoelectric element 3 is turned on, the claw 4a pushes the tooth 7a in the direction A, and its tip moves toward (ΔX, ΔY). then X
When the piezoelectric element 2 is turned off, the tip of the claw 4a is (0, ΔY)
, and disengages from the tooth 7a. Further, when the Y piezoelectric element 3 is turned off, the tip of the claw 4a returns to (0,0) and returns to the initial state. In this way, the rotating shaft 6 to which the rotor 7 is directly connected is slightly rotated in the A direction by l pitch of the teeth 7&.

第2図(b)は上記の爪4aの先端の位置と各圧電素子
2および3の付勢状態の関係の推移を示す。
FIG. 2(b) shows the relationship between the position of the tip of the claw 4a and the biasing state of each piezoelectric element 2 and 3 over time.

すなわち動作lでは爪先は(ΔX、0)に位置し、X圧
電素子2はON%Y圧電素子3はOFFである。このと
き爪4aと歯7aとが嵌合している。
That is, in operation 1, the toe is located at (ΔX, 0), the X piezoelectric element 2 is ON, and the Y piezoelectric element 3 is OFF. At this time, the claw 4a and the tooth 7a are fitted together.

動作2では爪先は(ΔX、ΔY)に位置し、X圧電素子
2およびY圧電素子3は共にONである。
In operation 2, the toe is located at (ΔX, ΔY), and both the X piezoelectric element 2 and the Y piezoelectric element 3 are ON.

このとき爪4aは歯7aを押して(ΔX、0)から(Δ
X、ΔY)へ移動する。動作3では爪先(0,ΔY)に
位置し、X圧電素子2はOFF、Y圧電素子3はONで
ある。このとき爪4aは歯7aから脱する。動作4では
爪先は(0,0)に位置し、X圧電素子2およびY圧電
素子3は共にOFFである。すなわち最初の状態に復帰
する。
At this time, the claw 4a pushes the tooth 7a from (ΔX, 0) to (Δ
X, ΔY). In operation 3, the toe is located at (0, ΔY), the X piezoelectric element 2 is OFF, and the Y piezoelectric element 3 is ON. At this time, the claw 4a comes off the tooth 7a. In operation 4, the toe is located at (0,0), and both the X piezoelectric element 2 and the Y piezoelectric element 3 are OFF. In other words, it returns to its initial state.

第3図(a)および(b)は第1図においてロータ7を
B方向に回転させるときの動作を示す説明図である。
FIGS. 3(a) and 3(b) are explanatory views showing the operation when rotating the rotor 7 in the direction B in FIG. 1.

第3図(a)は爪4aの先端の移動順序を示す。FIG. 3(a) shows the order in which the tip of the claw 4a moves.

最初に爪先が(0,0)に位置しているときY圧電素子
3をONにすれば爪4aの先端は(0,ΔY)移動する
。つづいてX圧電素子2をONにすると爪4aの先端は
(ΔX、ΔY)に移動して歯7aに嵌合する。つぎにY
圧電素子3をOFFにすれば爪4aは歯7aをB方向に
押してその先端は(ΔX、0)、に移動する。さらにX
圧電素子2をOFFにすると爪先は(0,O)に移動し
て歯7aから脱する。このようにしてロータ7を直結し
た回転軸6は歯7aの1ピツチだけB方向に微小回転す
る。
When the toe is initially located at (0, 0), if the Y piezoelectric element 3 is turned on, the tip of the claw 4a moves (0, ΔY). Subsequently, when the X piezoelectric element 2 is turned on, the tip of the claw 4a moves to (ΔX, ΔY) and fits into the tooth 7a. Next Y
When the piezoelectric element 3 is turned off, the claw 4a pushes the tooth 7a in the direction B, and its tip moves to (ΔX, 0). Further X
When the piezoelectric element 2 is turned off, the toe moves to (0, O) and escapes from the tooth 7a. In this way, the rotating shaft 6 to which the rotor 7 is directly connected is slightly rotated in the direction B by one pitch of the teeth 7a.

第3図(b)は第3図(a)における爪4aの先端の位
置と各圧電・素子2および3の付勢状態の関係の推移を
示す、すなわち動作1では爪先は(0゜ΔY)に位置し
、X圧電素子2はOFF、Y圧電素子3はONである。
FIG. 3(b) shows the transition of the relationship between the position of the tip of the claw 4a and the biasing state of each piezoelectric element 2 and 3 in FIG. , the X piezoelectric element 2 is OFF and the Y piezoelectric element 3 is ON.

このとき爪4aはB方向に押すべき歯7aと対向してい
るが嵌合していない。
At this time, the pawl 4a faces the tooth 7a to be pushed in the direction B, but does not fit into it.

動作2では爪先は(ΔX、ΔY)に位置し、X圧電素子
2およびY圧電素子3は共にONである。
In operation 2, the toe is located at (ΔX, ΔY), and both the X piezoelectric element 2 and the Y piezoelectric element 3 are ON.

このとき爪4aは歯7aに嵌合する。動作3では爪先は
(ΔX、0)に位置し、X圧電素子2はON%Y圧電素
子3はOFFである。このとき爪4aは歯7aを押し、
爪先は(ΔX、ΔY)から(ΔX、0)に移動する。動
作4では爪先は(0,0”)に位置し、X圧電素子2お
よびY圧電素子3はOFFである。このとき爪4aは歯
7aから脱する。
At this time, the pawl 4a fits into the tooth 7a. In operation 3, the toe is located at (ΔX, 0), and the X piezoelectric element 2 is ON and the Y piezoelectric element 3 is OFF. At this time, the claw 4a pushes the tooth 7a,
The toe moves from (ΔX, ΔY) to (ΔX, 0). In operation 4, the toe is located at (0, 0''), and the X piezoelectric element 2 and Y piezoelectric element 3 are OFF.At this time, the claw 4a comes off the tooth 7a.

このように1つの7クチ工−タ機構の動作を順次、第二
の、第三の、第4のと繰かえすことによって滑らかな回
転を行うことができる。すなわち、第1図の4つの7ク
チエータ機構1.n。
In this way, smooth rotation can be achieved by repeating the operation of one seven-cut machine mechanism in sequence for the second, third, and fourth. That is, the four 7-actuator mechanisms 1 in FIG. n.

■、■において、第4図の参照して説明すると、タイミ
ングt0のとき各7クチエータの爪の位置はIが(0,
O)、■が(0,ΔY)、■が(ΔX、ΔY)、■が(
ΔX、0)にあります。そして、次のタイミングt、の
ときIは(ΔX、O)、■は(0,0)、■は(0,Δ
Y)、■は(ΔX。
In (2) and (2), to explain with reference to FIG. 4, at timing t0, the positions of the claws of each of the seven cutiators are
O), ■ is (0, ΔY), ■ is (ΔX, ΔY), ■ is (
ΔX, 0). Then, at the next timing t, I is (ΔX, O), ■ is (0, 0), and ■ is (0, Δ
Y), ■ is (ΔX.

ΔY)と順次第2図で説明したように(0,O)→(Δ
X、0)→(ΔX、ΔY)→(0,ΔY)と爪の位置を
変化させます。それを表にしたのが第5図です。
As explained in Figure 2, (0, O) → (Δ
Change the position of the claw as follows: X, 0) → (ΔX, ΔY) → (0, ΔY). Figure 5 shows this in a table.

このように必ずあるタイミングでロータ7に爪先4aが
かみあっています。このように4つのタイミングを繰返
すことによって、ロータ7は滑らかな回転が得られるこ
とができます。もちろんB方向の回転も同様に、(0,
0)、(0,ΔY)→(ΔX、ΔY)→(ΔX、0)と
爪の位置を変化させることによって可能となります。
In this way, the toe 4a is always engaged with the rotor 7 at a certain timing. By repeating these four timings, the rotor 7 can rotate smoothly. Of course, the rotation in the B direction is also the same as (0,
This is possible by changing the position of the claw as follows: 0), (0, ΔY) → (ΔX, ΔY) → (ΔX, 0).

本実施例は、4つのアクチエータ機構の場合を示したが
、2つの場合も可能である。たとえばアクチエータ■、
■の組合せの場合も可能である。
Although this embodiment shows the case of four actuator mechanisms, a case of two actuator mechanisms is also possible. For example, actuator ■,
The combination of (2) is also possible.

又3つの場合も第6図に示すように のアクチエータ爪先の位置を順次変えることにより、可
能である。
Moreover, three cases are also possible by sequentially changing the position of the actuator toe as shown in FIG.

〔発明の効果〕 以上、詳細に説明したように本発明の微小回転モータに
よれば圧電素子の微小な伸縮を利用して微細な歯形と爪
によってロータを回転させているので、歯車列などを介
さずに高精度にして分解能が優れた微小回転を得ること
ができるという効果がある。具体的には積層型圧電素子
の伸縮量を歯形のピッチとし、171000程度の分解
能の微小回転モータを実現できる。さらにロータの径を
大きくすれば分解能は向上する。
[Effects of the Invention] As explained in detail above, according to the micro-rotation motor of the present invention, the rotor is rotated by the micro tooth profile and pawls by utilizing the micro expansion and contraction of the piezoelectric element, so that it is possible to rotate gear trains, etc. This has the effect of making it possible to obtain minute rotations with high precision and excellent resolution without any intervention. Specifically, by setting the amount of expansion and contraction of the laminated piezoelectric element to the pitch of the tooth profile, it is possible to realize a minute rotation motor with a resolution of about 171,000. Furthermore, increasing the diameter of the rotor will improve resolution.

また歯車列などを介して微小回転を得る必要がないので
、部品点数を増加せずに単純な構造にして機械的精度が
優れた各種の機器を構成することができるという効果も
ある。
Furthermore, since there is no need to obtain minute rotation through a gear train or the like, it is possible to construct various types of equipment with a simple structure and excellent mechanical precision without increasing the number of parts.

さらに圧電素子は電気機械的変換効率が優れた素子であ
るので、小形・軽量の微小回転モータを実現できるとい
う効果がある。したがってこれを採用した各種の機器も
小形・軽量化されることが期待できる。
Furthermore, since the piezoelectric element is an element with excellent electromechanical conversion efficiency, it has the effect of realizing a small and lightweight micro-rotary motor. Therefore, it can be expected that various devices adopting this technology will also be made smaller and lighter.

4、4,

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

第1図は本発明による微小回転モータの一実施の実施例
の動作を示す説明図である。 l・・・・・・フレーム、2,3・・・・・・圧電素子
、2a。 3a・・・・・・ヒンジ、4・・・・・・アクチエータ
、4a・・・・・・爪、5・・・・・・軸受、6・・・
・・・回転軸、7・・・・・・ロータ、7a・・・・・
・歯、である。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing the operation of an embodiment of the micro rotary motor according to the present invention. l... Frame, 2, 3... Piezoelectric element, 2a. 3a...Hinge, 4...Actuator, 4a...Claw, 5...Bearing, 6...
...Rotating shaft, 7...Rotor, 7a...
・Teeth.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims]  回転軸に直結され周辺に微細な歯形を一様に有するロ
ータと、前記歯形に嵌合する爪を固定したアクチェータ
と、前記アクチエータを駆動する互いに直交して配置さ
れた第一および第二の圧電素子とを有することを特徴と
する微小回転モータ。
A rotor that is directly connected to a rotating shaft and has a uniform fine tooth profile around the periphery, an actuator that has fixed claws that fit into the tooth profile, and first and second piezoelectric elements arranged orthogonally to each other that drive the actuator. What is claimed is: 1. A micro-rotary motor characterized by having an element.
JP1218955A 1989-08-24 1989-08-24 Miniature motor Pending JPH0382379A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08182360A (en) * 1994-12-27 1996-07-12 Nec Corp Piezoelectric rotationally driving device
CN107222126A (en) * 2017-05-18 2017-09-29 西安交通大学 Antisymmetry arranges the driving bidirectional rotation inertia actuator of formula list piezoelectric pile

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