JPH04165966A - 圧電リニアモータ - 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］ この発明は圧電素子を用いて構成された圧電リニアモー
タに関し、特に、従来のものよりも高精度駆動できるよ
うに改良された実用化可能なる圧電リニアモータに関す
る。

［従来の技術］ 近年、電子技術の発展に伴って機械技術の分野において
も微動駆動源や高精度微動機構の開発が求められるよう
になっており、その結果、微小移動機構や微小位首決め
機構の駆動源として物体もしくは物質の微小変形を利用
する駆動源や微動機構か用いられるようになってきた。

そのような駆動源のうち最近では最も広く実用化されて
いるのか圧電素子てあり、これまてにも種々の形式の圧
電モータか提案され、また、その提案の中のある種のも
のは既に実用化されている。しかしながらこれまでに提
案されている圧電モータのうち既に実用化されているも
のは少数であり、また実用化されていない残りのものに
は実用化のために解決しなければならない問題点が内在
している。

特開昭５５−１０００５９号公報に開示されている微小
直線穆動機構は圧電素子を用いて構成された圧電リニア
モータの一つの応用例として実用化の可能性のあるもの
であった。

第１１図は前記公報に開示された直線微動機構もしくは
圧電リニアモータの概略構成を示したものである。同図
において、１０１，１０２ａ、１１）２ｂ。

１０３ａ、１０３ｂはいずれも積層型圧電素子である。

これらの圧電素子は図示のように一対の丁字形縦断面形
状の保持部材１０４及び１０５に保持されており、第１
の積層型圧電素子１０１はカイトレール１（１Ｂに沿っ
た進行方向Ａの方向へ伸縮することができ、また、第２
の積層型圧電素子１０２ａ、１０２ｂおよび第３の積層
型圧電素子１０３ａ。

１０３ｂは進行方向Ａとは直角な方向、すなわちガイト
レール１０６の対向する両壁面に向って伸縮することが
できるようになっている。

上記圧電式リニアモータは、第１〜第３の積層型圧電素
子１０１，１０２ａ、１０２ｂ、１０３ａ、１０３ｂ　
ヘの電圧印加のタイミングを所定パターンに従って順次
切換えていくと、進行方向Ａまたは、これとは反対方向
へ尺取虫動作を行ないながら移動する。したかってカイ
トレール１０６の長ささえ長くすれは、いくらでも長い
距離を移動可能である。

［発明か解決しようとする課題］ 前述の公知の尺取虫型の圧電ソニア千−タにおいては、
圧電素子として、積層型圧電素子か採用されているが、
積層型圧電素子はその構造や製造方法に起因する理由に
より、機械的精度を高くすることかできず、従って、安
定した動作精度を期待できないという欠点があった。す
なわち、積層型圧電素子は通常の場合、数十枚〜数百枚
の圧電板を積層して接着剤により接着固定されているた
め、その積層厚み寸法にはバラツキかあり、また、積層
型圧電素子の変位量はそれほど大きくない。このような
理由により、ガイトレールに対しての圧接力にも当然バ
ラツキか生しる。したかって位置決め精度が悪くなるは
かりてなく、場合によフては動作不能な状態に陥るおそ
れかあるという欠点があった。また、クランプ用に積層
型の圧電素子を使用すると必然的に厚み方向に長さか必
要となり、小型化か難かしいという欠点があった。

従って、本発明の目的は、前述の従来の圧電モータの欠
点を有しない、改良された圧電リニアモータを提供する
ことてあり、特に、従来品には期待てきない安定した高
精度動作が可能であるとともに小型化に適し、また、量
産化しても品質のバラツキの少い、改良された圧電リニ
アモータを提供することである。

［課題を解決するための手段］ 本発明ては、量産化しても品質にバラツキか出る恐れか
なく、しかも安定した動作精度を期待できるバイモルフ
型圧電素子を積層型圧電素子に代えて採用することによ
り前記問題点を解決した。

［作　　　用］ 本発明による改良された圧電リニアモータは、前述のク
ランプ用圧電素子を製造精度及び動作精度の高いバイモ
ルフ型圧電素子により構成したため、高精度動作をさせ
ることがてき、また、量産化しても品質にバラツキのな
い圧電リニアモータか提供される。

［実　施　例］ 以下に、第１図乃至第３図を参照しつ＼本発明の第１実
施例を説明する。

第１図（ａ）は本発明の第１実施例の圧電リニアモータ
を組み込んたレンズ鏡胴の光軸方向の断面図てあり、第
１図（ｂ）は第１図（ａ）中の（ｂ）　−（ｂ）におけ
る光軸方向と垂直な断面図である。同図において、１は
鏡胴てあり、２はレンズ１０を保持した円筒形のレンズ
保持枠である。レンズ保持枠２の外周面には突起部２ａ
か設けられ、突起部２ａの後端面には光軸と平行な向き
（すなわち可動部穆勅方向）に延在する積層型圧電素子
３がその一端において片持式に接着されている。また、
突起部２ａの前端面には、圧電素子取付部材５が固定さ
れており、該部材５の前端面には、光軸と平行に延在す
るバイモルフ型の圧電素子４が片持式に接着されている
。

一方、積層型圧電素子３の後端面には前記部材５と同じ
圧電素子取付部材７か接着等によって固着されており、
該部材７には前記圧電素子４と同しバイモルフ型圧電素
子６かその前端面において片持式に固定されている。そ
して、圧電素子４の前端部上面と圧電素子６の後端部上
面の各々には鏡胴１の内周面に圧接されるフェルト等の
係合部材８が固着されている。

レンズ保持枠２の摺動面を構成する例えは鉄製のレンズ
保持枠支持部材９か鏡胴１の内周面に嵌合固定されてお
り、該部材９の内周面（すなわち、レンズ保持枠２の外
周面と接触する面）はレンズ保持枠２との摩擦を小さく
するためにふっ素樹脂コーティングされている。腋部。

材９は円筒体でなくともよく、本実施例では第１図（ｂ
）に示されるように鏡胴１の軸心を中心とする円周上に
互いに隔置された３個の扇形セグメントブロックとして
構成されており、そのうちの２個のブロックは前述の突
起部２ａを光軸方向に沿ってのみ動かすように（つまり
、レンズ保持枠２を回転させないように）案内する案内
部旧としての機能を有している。

次に、第１図乃至第３図を参照して本実施例の圧電リニ
アモータの動作原理及び動作状態を説明する。

なお、第２図は各動作状態を示す概略図てあり、第３図
は尺取虫動作を行なわせるための印加電圧パターンの一
例である。

（イ）各圧電アクチュエータには電圧は印加されておら
ずバイモルフ型圧電アクチュエータ４．６（以下、圧電
体４をＣ１、圧電体６を０２と記載する）によりクラン
プされている。

（０）Ｃ２は電圧が印加され屈曲し、Ｃ２によるクラン
プか解除され、Ｃ１のみかクランプしている。

（Ａ）　　（０）の状態を保持して、直進用の積層型圧
電アクチュエータ３（以下圧電体３をＭて示す）に電圧
を印加することにより、Ｍは伸長し、これに設置されて
いるＣ２もＸ方向に移動する。

（ニ）Ｃ２の印加電圧を解除することにより、Ｃ２の形
状は復元し、再ひＣ２はクランプする。

（ホ）次に０１に電圧を印加することにより、Ｃ０は屈
曲しＣ１によるクランプが解除され、Ｃ２のみがクラン
プしている。

（へ）（ホ）のクランプ状態てＭの印加電圧を解除する
ことにより、Ｍはその全長を復元、短縮して、Ｃ１及び
可動部１１はＸ方向に移動する。

（ト）最後に０１の印加電圧を解除することにより、Ｃ
１の形状は復元し、最初の状態（ａ）に戻る。

この（イ）〜（ト）からなる工程を１サイクルとして各
圧電体と可動部１１はＸ方向に直進用圧電体Ｍの伸長分
だけ移動することになる。（イ）〜（ト）の印加電圧パ
ターンを逆にすれば−Ｘ方向に移動することになる。直
進用圧電体Ｍの印加電圧の大きさを調節することにより
１サイクル当たりの啓動量を調節することができる。ま
た、本実施例では１組の圧電体（ｃ　Ｈ、Ｃ２、Ｍ　）
による移動機構を示したか、１サイクル中、変位しない
時間帯かあり間欠運動となる。これを避けるため、２組
以上の圧電体を同様に光軸まわりに設けても良い。

以上説明したように、クランプ用としてバイモルフ型圧
電アクチュエータを用いることにより、従来の積層型圧
電アクチュエータに比べ、変位量を大きくとれ、変位方
向の寸法バラツキもないことから、圧接力のバラツキが
ほぼなくなり、確実に尺取虫動作をし移動することかで
きる。また、積層型圧電アクチュエータにかえバイモル
フ型アクチュエータを用いたことにより径方向の小型化
か容易にはかれる。ざらに圧接部にフェルトを用いたこ
とにより、騒音、振動を減少されることができる。

なお、第１実施例においては移動機構として摺動方式を
用いたか、ハースリーブ方式等の移動機構を用いても構
わない。

次に、第４図から第６図を用いて本発明の第２実施例を
説明する。この第２実施例は、第１実施例同様に本発明
リニアモータをレンズ移動の必要なレンズ鏡胴に組み込
んだものであり、圧電体部を鏡胴側に設け、レンズ保持
枠（含レンズ）を移動させるものである。第４図（ａ）
は本第２実施例のレンズ鏡胴光軸方向の断面図てあり、
第４図（ｂ）は第４図（ａ）中のＸ−Ｙにおける光軸に
垂直な断面図である。２１は鏡胴てあり、２２は前記鏡
胴２１に接着等により設置された突起部である。前記突
起部２２に光軸と平行な向きに（すなわち心動方向に）
積層型圧電アクチュエータ２３が伸縮するように接着等
により固着されている。２４．２５はバイモルフ型圧電
アクチュエータであり、前述の第１実施例同様に積層型
圧電アクチュエータ２３に固定されている。２８はフェ
ルト等から成る係合部である。２９はレンズ保持枠であ
り、レンズ３０か保持されている。３１は前記レンズ保
持枠２９を摺動支持するための摺動面を有したレンズ保
持枠支持部材であり、その摺動面にはふっ素樹脂コーテ
ィングかされている。前記部材３１は第１実施例のレン
ズ保持枠支持部材９と同じものであり、鏡胴１の内周面
に固定されている。

このように構成された圧電リニアモータの動作原理を以
下に説明する。第５図は各動作状態を示す概略図であり
、第６図は第５図のように動作させるための印加電圧パ
ターンの１例である。

（イ）各圧電アクチュエータには電圧は印加されておら
ずバイモルフ型圧電アクチュエータ２４．２６　（以下
圧電体２４を０１、圧電体２６を０２と記載する）によ
りレンズ保持枠２９はクランプされている。

（Ｏ）Ｃ＋は電圧か印加されて屈曲し、Ｃ１によるクラ
ンプか解除され、Ｃ２のみかレンズ保持枠２９をクラン
プしている。

（ハ）（ロ）の状態を保持して、直進用の積層型圧電ア
クチュエータ２３（以下圧電体２３をＭと記載する）に
電圧を印加することにより、Ｍは伸長し、Ｃ２及びＣ２
にクランプされているレンズ保持枠２９はＸ方向に移動
される。

（：）ｃ＋の印加電圧を解除することにより、Ｃ１の形
状は復元し、再びＣ８はレンズ保持枠２９をクランプす
る。

（ホ）次に０２に電圧を印加することにより、Ｃ２は屈
曲しＣ２によるクランプが解除され、Ｃ１のみかクラン
プしている。

（へ）Ｍの印加電圧を解除することにより、Ｍはその全
長を復元、短縮し、Ｃ２は元の位置に戻される。

（ト）最後に０２の印加電圧を解除することにより、Ｃ
２の形状は復元し、最初の状態（イ）に戻る。

この（イ）〜（ト）からなる工程を１サイクルとして、
可動部であるレンズ保持枠２９はＸ方向に直進用圧電体
Ｍの伸長分たけ移動することになる。（イ）〜（ト）の
印加電圧パターンを逆にすれは−Ｘ方向に移動すること
になる。直進用圧電体Ｍの印加電圧の大きさを調節する
ことによす１サイクル当たりの移動量を調節することが
てきる。また、本実施例では１組の圧電体（ｃ＋、Ｃ２
，Ｍ）による心動機構を示したか、１サイクル中、変位
しない時間帯かあり間欠運動となる。これを避けるため
２組以上の圧電体を同様に光軸まわりに設けても良い。

以上説明したように、クランプ用としてバイモルフ型圧
電アクチュエータを用いることにより、従来の積層型圧
電アクチュエータに比へ、変位量を大きくとれ、変位方
向の寸法バラツキもないことから、圧接力のバラツキか
ほぼなくなり、確実に尺取虫動作をし移動することがで
きる。また、積層型圧電アクチュエータにかえバイモル
フ型アクチュエータを用いたことにより径方向の小型化
か容易にはかれる。ざらに圧接部にフェルトを用いたこ
とにより、騒音、振動を減少させることかてきる。また
本実施例においては駆動部を鏡胴側に設は可胴部がレン
ズ保持枠をレンズたけになったことから可動部か軽くな
り移動が容易になる。本第２実施例において移動機構と
して摺動方式を用いたか、ハースリーフ方式等の移動機
構を用いても構わない。

次に、第７図及び第８図により本発明の第３実施例を説
明する。第３実施例は、本発明の圧電リニアモータをレ
ンズ移動の必要なレンズ鏡胴に組み込んたものてあり、
鏡胴の曲率と同じ曲率に成形したバイモルフ型圧電アク
チュエータをクランプ用として用いたものである。第７
図は本実施例の駆動部の斜視図であり、第８図は光軸に
垂直な断面図である。図において、４１は鏡胴てあり、
４２はレンズ保持枠である。レンズ保持枠４２には突起
部４２ａを設け、突起部４２ａに光軸方向（すなわち移
動方向）に積層型圧電アクチュエータ４３が伸縮するよ
うに接着等により固着されている。４４及び４５はバイ
モルフ型圧電アクチュエータてあり、鏡胴の曲率と同し
曲率に成形されており、電圧印加により径方向（矢印ｂ
）に屈曲するように、前記レンズ保持枠突起部４２ａに
取付けられた固定部材４６に接着等により固着されてい
る。前記バイモルフ型圧電アクチュエータ４５もまた電
圧印加により径方向（矢印ｂ）に屈曲するように前記積
層型圧電アクチュエータの固定されていない端部の固定
部材４７に接着等により固定されている。４８は前記バ
イモルフ型圧電アクチュエータの屈曲動作により前記鏡
胴４１に圧接される係合部であり、たとえはフェルト等
で構成されている。４９はレンズであり、レンズ保持枠
４２により保持されている。５０は前記レンズ保持枠４
２を光軸方向に摺動可能に支持しているレンズ保持枠支
持部材であって第１実施例のレンズ保持枠支持部材９と
同じ部材である。該支持部材５０は前記各実施例と同様
に光軸まわり全周に設けなくても良い。

なお、本第３実施例の動作原理は第１実施例と同しであ
るから動作説明を省略する。

前述のように構成することにより、第１実施例と同し効
果か得られ、さらにコンパクトに構成することができる
。尚、移動機構として摺動方式を用いたかハースリーブ
方式等の移動機構を用でも構わない。

第９図及び第１０図は本発明の第４実施例を示した図で
ある。この第４実施例は、第３実施例に示した駆動部を
第２実施例に示したように鏡胴側に設けることにより、
第２及び第３実施例の効果を同時に得ることかできるよ
うに構成したことを特徴とする。なお、第９図及び第１
０図において、第７図及び第８図に表示した符合と同し
符合で表示されている部材は第３実施例の構成と同し部
材であるから説明を省略する。また、動作説明も省略す
る。

第９図及び第１０図において、６１は鏡胴４１に接着等
により固着された突起部である。

［発明の効果］ 以上に実施例で説明したように、本発明の圧電リニアモ
ータは、加工寸法精度か高く且つ品質管理か容易でしか
も変位量及び発生力も大きなバイモルフ型圧電素子をク
ランプ用圧電アクチュエータとして使用するように構成
されているので、従来の公知の同型式の圧電リニアモー
タよりも高精度動作かでき、しかも、量産化してもバラ
ツキのない製品を得ることかできる。

また、本発明のりニアモータは前述した理由により、前
記公知の圧電リニアモータよりも軽量且つ小型化するこ
とかできるとともに量産化及び実用化することかてきる
。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の第１実施例の圧電リニアモータ
を組込んたレンズ鏡胴の縦断面図、第１図（ｂ）は第１
図（ａ）の（ｂ）　−（ｂ）矢視断面図、第２図は該リ
ニアモータの動作を説明するための図、第３図は該リニ
アモータに対する印加電圧パターンを示した図、第４図
（ａ）は本発明の第２実施例の圧電リニアモータを組込
んたレンズ鏡胴の縦断面図、第４図（ｂ）は第４図（ａ
）の（ｂ）　−（ｂ）矢視断面図、第５図は第２実施例
の前記リニアモータの動作を説明するための図、第６図
は第２実施例の前記モータに対する印加電圧パターンを
示した図、第７図は本発明の第３実施例の圧電リニアモ
ータを組込んだレンズ鏡胴の縦断斜視図、第８図は第７
図に示したレンズ鏡胴の横断面図、第９図は本発明の第
４実施例の圧電リニアモータを組込んだレンズ鏡胴の縦
断斜視図、第１０図は第９図のレンズ鏡胴の横断面図、
第１１図は従来公知の圧電リニアモータもしくは圧電体
式移動機構の概略図、である。 １．２１．４１・・・鏡胴　　　２，２９．４２’・・
・レンズ保持枠１０．３０．４９・・・レンズ ９．３１．５０・・・レンズ保持枠支持部材４Ｊ、２４
４４４５・・・バイモルフ型圧電アクチュエータ３．２
３．４３・・・積層型圧電アクチュエータ第２図 第３図 （Ｇ） （ｂ） 第４図 第５図 笛　７　闇 第６図 Ｉ：Ｉｎ 第８図 第９図 筑１１　図 第１０図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　少なくとも２個のクランプ用のアクチュエータと、
   前記２個のアクチュエータの間に配置されて前記２個の
   アクチュエータの間隔を変えるように動作する少なくと
   も１個のアクチュエータと、を有する圧電リニアモータ
   において、 該クランプ用のアクチュエータの少なくと も１個がバイモルフ型圧電体であることを特徴とする圧
   電リニアモータ。