JPH04161079A - 静電変位駆動機構 - 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、モータや超音波アクチュエータ等の変位機構
として用いられる静電変位駆動機構に関する。

従来の技術 超音波モータの基本動作の原理は、その振動子が発生し
た超音波振動をある種の部材による摩擦力を介して、一
方向の運動へ変換することにより得るものである。その
一方向への運動変換は、−般に楕円軌跡の振動により行
われている。この楕円運動は、通常、「進行波」を発生
させるか、又は、「２種の振動子」を使用することによ
って発生させることができる。

その前者すなわち進行波を発生させる例としては、第一
の従来例として、特開昭５８−１４８６８２号公報に開
示されているものがある。これは、複数個の圧電素子を
弾性体に組込み、位相をずらして各々の圧電素子を別個
に駆動させることにより、進行波を発生させ、この進行
波を発生した場所に移動物体を接触させて駆動するよう
にしたものである。

その後者すなわち２種の振動子を用いた例としては、第
二の従来例として、特開昭６１−１２１７７７号公報に
開示されているものがある。これは、圧電ねじり振動子
と圧電厚み振動子との２つの振動子とを一体化して構成
したものであり、それぞれの圧電素子に独立して電圧を
印加することによってねじり楕円運動を発生させ、これ
によりその運動をロータに伝達してモータを駆動するよ
うにしたものである。

また、このような圧電素子を主体とした超音波モータと
は別に、その一方では静電力を利用した静電モータ（又
は、静電アクチュエータ）の開発も盛んに行われている
。その静電アクチュエータの一例としては、第三の従来
例として、「小型・軽量を目指す新アクチュエータ」と
して、日経メカニカル、１９８９．３／２ｏ号に記載さ
れているものがある。これには、直径的１００μｍのロ
ータとその周囲に配設されたステータとよりなる回転モ
ータや、平板状をしたステータの表面に円筒型のロータ
を載せた円筒型可動素子が記載されている。

発明が解決しようとする課題 第一の従来例及び第二の従来例に示したような振動子と
して圧電素子を用いたものでは、複数個の圧電素子の駆
動する位相を形状、材質、圧接力等によって合わせる必
要があり、この位相がずれると、効率の良い楕円運動を
形成することができず、これにより速度、トルクが低下
し、さらには、動作不良となってしまう。従って、この
ような現象を防ぐために、位相検出器等により常にその
位相状態を検出し、そのズレをフィードバックするよう
な検出回路が必要となり、これにより、装置全体の構成
が複雑化し、コスト高を生じることになる。

また、第三の従来例に示したような静電アクアクヂュエ
ータのいわゆる静電力を利用したタイプのものでは、そ
の構造を非常に小さくすることができる反面、その出力
は小さく実用上には今−歩というのが現状である。

課題を解決するための手段 そこで、このような問題点を解決するために、請求項１
記載の発明では、圧電素子を設け、この圧電素子と一体
化して摩擦部材を設け、この摩擦部材と接触し移動可能
な移動体を設け、この移動体を前記摩擦部材に静電吸着
力により押圧する静電押圧手段を設け、前記移動体の移
動に必要な駆動力を前記圧電素子に加える駆動手段を設
けた。

作用 静電押圧手段により移動体を摩擦部材に静電吸着させた
状態で、駆動手段により圧電素子を駆動させ移動体を移
動させるようにしたので、簡単な構成で大きな駆動力を
得ることができ、これにより、従来よりも一段とシンプ
ルで超小型な静電変位駆動機構を得ることができる。

実施例 本発明の一実施例を第１図ないし第３図に基づいて説明
する。ベース１上には圧電素子としてのズレモード圧電
素子２（又は、スベリモード圧電素子ともいう）が設け
られている。このズレモード圧電素子２の端部には摩擦
部材３が一体となって固着されている。この摩擦部材３
の一面には移動体４が接触した形で設けられている。こ
の移動体４は、肉厚の厚い導電性材料としての銅板４ａ
と、比誘電率が大きい部材４ｂ（ガラス、酸化チタン等
）とにより構成されている。なお、その比誘電率が大き
い部材の代わりに、その比誘電率は少し小さくなるが薄
くできる図示しない部材（テフロン、ネオプレンゴム等
）でもよい。前記移動体４の銅板４ａと前記摩擦部材３
との間には、静電押圧手段としての駆動回路５が接続さ
れている。

また、第２図（ａ）（ｂ）は、前記ズレモード圧電素子
２の各部の方向から見た詳細な構成を示すものである。

そのズレモード圧電素子２の円筒側面には溝２ａが形成
されており、この溝２ａの各壁面には電極２ｂが取付け
られている。電極２ｂの分極方向は図中矢印Ａで示す方
向となっている。

そして、前記電極２ｂの間には、駆動手段としての駆動
回路６が接続されている。

このような構成において、駆動回路６により電極２ｂに
電圧を印加すると、ズレモード圧電素子２は、その先端
部が第３図の破線に示すようにδだけ変位する。その変
位と同期をとって駆動回路６を動作させた状態で、移動
体４と摩擦部材３との間に駆動回路５により静電力を発
生させる。この静電力により、移動体４は摩擦部材３を
押圧した状態となる。そこで、押圧（駆動回路５をＯＮ
）→δ変位（駆動回路６をＯＮ）→押圧解除（駆動回路
５を０ＦＦ）→δ変位が元に復帰（駆動回路６を０ＦＦ
）の過程を複数回繰り返して行うことにより、移動体４
をその接触面と平行な面内で一方向に移動させることが
できる。

上述したように、駆動回路５により移動体４を摩擦部材
３に静電吸着させた状態で、駆動回路６によりズレモー
ド圧電素子２を駆動させ移動体４を移動させるようにし
たことによって、従来よりも簡単な構成で大きな駆動力
を得ることができるようになり、これにより、従来より
も一段とシンプルで超小型な駆動機構を得ることが可能
となる。

次に、本発明の具体例を第４図に基づいて説明する。こ
こでは、本発明に係る装置をモータに適用したものであ
る。固定台７上には円筒状をなすズレモード圧電素子２
が配設されている。このズレモード圧電素子２の上部端
面には、摩擦部材としてのステータ８が固着されている
。このステータ８の上部には、移動体としてのロータ９
が、ベアリング１０を介して固定シャフト１１により回
転可能な状態で支持されている。このロータ９は、導電
性部材９ａと肉厚の薄い絶縁体９ｂとにより構成されて
いる。このロータ９への給電は、図示しないスリップリ
ングやブラシ等を介して図示しない駆動用電源により供
給されるようになっている。また、ズレモード圧電素子
２は、図示しない駆動用電源と接続されている。

このような構成において、ズレモード圧電素子２の駆動
と、ステータ８とロータ９との間の静電力の発生とを、
交互に繰り返して行うことによりロータ９に十分大きな
回転力を得ることができることになる。

なお、圧電素子としては、ズレ（スベリ）モードのみで
はなく、厚みモード、縦モードなどの振動を利用するよ
うにしてもよい。

発明の効果 本発明は、圧電素子を設け、この圧電素子と一体化して
摩擦部材を設け、この摩擦部材と接触し移動可能な移動
体を設け、この移動体を前記摩擦部材に静電吸着力によ
り押圧する静電押圧手段を設け、前記移動体の移動に必
要な駆動力を前記圧電素子に加える駆動手段を設けたの
で、静電押圧手段により移動体を摩擦部材に静電吸着さ
せた状態で、駆動手段により圧電素子を駆動させ移動体
を移動させることによって、簡単な構成で大きな駆動力
を得ることができ、これにより、従来よりも一段とシン
プルで超小型な静電変位駆動機構を得ることができるも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図はその
圧電素子の様子を示す構成図、第３図は圧電素子の変位
の様子を示す説明図、第４図は本発明に係る装置をモー
タに適用した場合の例を示す構成図である。 ２・・・圧電素子、３・・・摩擦部材、４・・・移動体
、４ａ・・・導電性部材、５・・・静電押圧手段、６・
・・駆動手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　圧電素子と、この圧電素子と一体となって設けられた
   摩擦部材と、この摩擦部材と接触し移動可能な移動体と
   、この移動体を前記摩擦部材に静電吸着力により押圧す
   る静電押圧手段と、前記移動体の移動に必要な駆動力を
   前記圧電素子に加える駆動手段とよりなることを特徴と
   する静電変位駆動機構。