JPH04165971A - 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、圧電素子を使用したアクチュエータ、特に被
駆動部材を回転駆動するアクチュエータに関する。

［従来の技術］ 従来例を、ヒデオカメラ等に使用される第５図に示す電
石Ｒ絞りを例に挙げて説明する。第５図中、２３は絞り
地板てあり、撮影光か通過する開口２３ａか形成されて
いる。２３ｂ。

２３ｃ、２３ｄは各々ヒス３１，３２．３３により後述
のカバー地板２４と結合するための孔である。２３ｇ、
２３ｈば後述のビス２１゜２２用のヒス穴であり、２３
ｅ、２３ｆは後述のレバー１０８のビン８ｄ、８ｅを通
ずための孔である。

カバー地板２４は、撮影光が通過する開口２４ａか形成
されている。２４ｂ、２４ｄ。

２４ｆは立曲げ部てあり、ヒス３１，３２゜３３により
地板と結合するためのネジ穴２４ｃ。

２４ｅ、２４ｇか形成されており、後述の絞り羽根２９
．３０か動くための空隙を形成する。

２４ｈ、２４ｉは後述のレバー１０８のビン１０８ｄ、
１０８ｅか通るための孔である。

２５．２６，２７．２８はカバー地板２４に植設された
ピンである。２９は絞り羽根であり、絞り開口２９ａか
形成されている。２９ｂはガイド孔であり、ピン２７．
２８にスライド可能に取り付けられる。２９ｃは後述レ
バー１０８のピン１０８ｅが通る孔である。３０は絞り
羽根であり、絞り開口３０ａか形成されている。

３０ｂはカイト孔てあり、ピン２５．２６にスライド可
能に取り付けられる。３０ｃは後述レバー１０８のピン
１０８ｄが通る孔である。以上で絞り羽根ユニットを構
成する。

次に駆動部ユニットを説明する。１０１゜１０２はスペ
ーサーてあり、ビス２１，２２が通る孔Ｉｏｔａ、１０
２ａが設けられている。

１１２は地板てあり、中央部に軸受部１１２ｃ。

１１２ｄか形成され、そこに孔１１２ｅか形成されてい
る。１１２ａ、１１２ｂはヒス２１゜２２を通すための
孔である。１１２ｆは後述ヨーク１１９を位置決めする
ための凸部である。１１３はシャフトてあり、永久磁石
１１４か固定されている。１０８はレバーであり、中央
部に固定部１０８ａか形成されており、そこに孔１０８
ｂか形成されている。１０８ｃはネジ穴である。レバー
１０８の両端には、絞り羽根２９．３０の孔２９ｃ、３
０ｃに各々入り、絞り羽根を駆動するためのピン１ｆ１
８ｄ、　ＩＱＢｅか形成されている。１０９はヒスであ
り、シャフト１１３か孔１１２ｅに回転自在に入り、孔
１０８ｂに入った状態てネジ穴１０８ｃにネジ込まれ、
シャフト１１３とレバー１０８を固定する。これにより
シャフト１１３、永久磁石１１４は一体的に地板１１２
の孔１１２ｅに回転自在に取り付けられ、図中上下方向
へは動かない様に組立てられる。１１５，１１６はホビ
ンてあり、内部に永久磁石１１４が回転する空間か形成
され、図中下よりシャフト１１３が出るようになってい
る。１１７，１１８は各々ホビン１１５，１１６に巻か
れたコイルである。

１１９はヨーつてあり、永久磁石１〕４による磁気回路
を形成する。ヨーク１１９は地板１１２の凸部１１２ｆ
の外側にはめ込まれる。

１２０は押え板であり、孔１２０ａ、１２０ｂが形成さ
れている。１２１，１２２はビスであり、押え板１２０
の孔１２０ａ、１２０ｂ、地板１１２の孔１１２ａ、１
１２ｂ、スペーサー１０１．１０２の孔１０１ａ、１０
２ａを通り、絞り地板２３のネジ穴２３ｇ、２３ｈに各
々ネジ込まれ、押え板１２０によりボビン１１５．１１
６、ヨーク１１９を固定し、駆動部ユニットを絞り地板
に固定する。以上は公知の絞り機構を構成する。

次に作動を説明する。

駆動回路（不図示）によりコイル１１７か通電されると
、コイル１１７に流れる電流と永久磁石１１４の磁束に
よりフレミングの左手の法則に従う力か作用する。コイ
ルは固定されているため、永久磁石１１４か電流の方向
により図中時計方向あるいは反時計方向に回転し、シャ
フト１１３、レバー１０８を介し絞り羽根２９．３０か
駆動され、絞り開口径が変化する。

コイル１１８は永久磁石１１４の動きを制御する制御コ
イルである。

［発明か解決しようとする課題］ ところで、このような従来の電磁絞りにおいて、アクチ
ュエータとして電磁式のモータを使用しているためにコ
イル、永久磁石、ヨーク等か必要であることから、とう
してもアクチュエータの小型化に限界かあり、装置の小
型化を難しくするという問題があった。

本発明は、このような従来の問題を解決し、小型化を可
能とした回転駆動力を発生するアクチュエータを提供す
ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明の目的を実現するための構成は、電界の印加によ
り軸方向端面に捩じれ変形を形成する電気−機械エネル
ギー変換素子と、慣性部材を有し、該電気−機械エネル
ギー変換素子の一端面に摩擦連結する回転部材とを備え
、該電気−機械エネルギー変換素子の捩じれ変形速さを
異ならしめるように印加する電界を制御することにより
、該回転部材を所定の方向に回転駆動することを特徴と
するものである。

［作　　　用コ 上記した構成のアクチュエータは、電気−機械工ネルキ
ー変換素子、例えは圧電素子に先ず急激な捩じれ変形を
形成すると、圧電素子のみか回転し、摩擦連結している
回転部材は非回転状態となる。そして、ゆっくりと圧電
素子を逆方向に捩じると、摩擦連結している回転部材か
圧電素子と共に回転する。この動作を繰り返すことによ
り、回転部材を一方向に回転駆動する。また、先に圧電
素子をゆっくりと捩じり変形させると、回転部材も摩擦
連結によって回転し、次いて圧電素子を急激に逆方向に
捩しると回転部材は非回転となり、上記の場合と逆の方
向に回転部材か回転する。

［実施例コ 第１図は、本発明の一実施例を示す分解斜視図であり、
第２図は、その中央断面図である。

図中１は、筺体てあり孔１ｂがあけられた軸受部１ａが
形成されている。筺体１は一部破断し解りやすい様に示
しである。２は被駆動部材であるところの回転子であり
、出力軸部２ａ、慣性体部２ｂからなっている。出力軸
部２ａには、ワッシャ３、板はね４がそれぞれ孔３ａ。

４ａて回転自在に取り付けられており、筺体１の孔１ｂ
に全体として回転自在に取り付けられる。５は電圧を加
えることにより、軸まわりに捩りの変形を発生する圧電
素子等からなる駆動部であり、一端面に摩擦板６か固定
されている。７は摩擦シートであり、摩擦板６に固定さ
れている。５ａは圧電素子のリード線である。

８は蓋てあり略中央に圧電素子５の一端面か固定される
。８ａは圧電素子のリード線５ａを通すための孔である
。蓋８は筺体１に固定される。組立てた状態は第２図の
様になる。

蓋８は筐体１に固定され、板はね４は圧縮された状態と
なり、ワッシャ３を介し、回転子２の慣性体部２ｂの端
面２ｃを摩擦シート７に押付けるように力か作用する。

第４図は駆動回路を示すブロック図である。

図中９はマイコンであり、９はＤ／Ａコンバーター、１
０は圧電素子５を駆動するための４象限電源である。

マイコン９は第３図に示す様なのこきり波を発生させる
ための電圧の値を８ヒツトのバイナリ−で出力する。Ｄ
／Ａコンバーター１０はマイコン９からの８ヒツトのデ
ータからＴＴＬレヘレベ０〜５Ｖの電圧を発生させる。

４象限電源１１はＤ／Ａコンバーター１０の出力を増幅
し、圧電素子５に印加する。圧電素子５は容量性負荷で
あるため高電圧から低電圧に駆動電圧か変化する場合は
圧電素子５から電源１１へ電流か流れ込み、電源１１は
、シンクとしても働く所謂４象限電源となっている。

第３図は駆動波形である。

第３図（八）は回転子２を第１図中、時計方向に回転駆
動する場合の駆動波形を示し、同図（Ｂ）は回転子２を
第１の図中反時計方向に回転駆動する場合の駆動波形を
示している。それそれ縦軸に電圧、オ黄軸に時間をとっ
ている。

第６図は駆動部５の詳細を示し、５３は円柱部材である
。

５１．５２は各々圧電素子である。

圧電素子５１は素子部５１ａ、５１ｂからなり、素子部
５１ａは電圧を印加されると厚み方向に伸ひる方向に、
又他方の素子部５１ｂに電圧を印加されると厚み方向に
縮む方向に分極されている。

圧電素子５２は圧電素子５１と同様に素子部５２ａ、５
２ｂからなり、素子部５２ａは電圧を印加されると厚み
方向に伸ひる方向に、素子部５２ｂは電圧を印加される
と厚み方向に縮む方向に分極されている。

摩擦板６、圧電素子５１，５２、円柱５３は各々の間が
絶縁された状態て接着されている。

このように構成した駆動部は、圧電素子５１に電圧か印
加されると、素子部５１ａか厚み方向に伸ひ５１ｂか厚
み方向に縮むため、円柱５３は素子部５１ｂの方に傾く
。この状態で圧】　０ 型素子５２に電圧を印加すると同様な原理て円柱５３は
素子部５２ｂの方に傾く。従って圧電素子５２への通電
を制御することにより円柱５３は傾きとともに捩れ方向
の変位を発生する。

次に作動を説明する。

第３図（Ａ）の様にリート線５ａから圧電素子へ給電さ
れた場合、所定の電圧Ａから、これにより高い所定の電
圧Ｃへと駆動電圧が変化する。

この電圧の立上りＢはこく短時間で行われ、圧電素子か
急激に捩れる。圧電素子は一端が蓋８に固定されており
、蓋８は筺体１に固定されている。今、筐体１か固定さ
れているとすると、摩擦板６は第１図中矢印Ｂの方向に
急激に回転する。摩擦板６と慣性体部２ｂは摩擦シート
７を介して摩擦力により結合されている。しかし摩擦板
６の回転か急激な場合、慣性体部２ｂ、出力軸部２ａの
慣性、ワッシャ３と慣性体部２ｂの摩擦力、更に出力軸
部２ａに負荷が連結されている場合はその慣性、摩擦力
により回転子２は停止したままである。

吹に電圧はＣから八へ変化する。

この立下りＤは、前記立上りＢに比較して長い時間て行
われる。従って前記摩擦シート７と端面２ｃの摩擦力に
より、圧電素子の第１図中矢印Ａ方向の捩れ、即ち摩擦
板６の第１図中矢印へ方向の回転に従い、回転子２は第
１図中矢印へ方向に駆動される。

次に圧電素子の捩れが終了した時点、即ち電圧がＡに戻
フた時点で摩擦板６の回転は急激に停止する。これに従
い回転子２の回転は停止する。しかし回転子２の慣性、
更に負荷が出力軸２ａに連結されている場合において、
その慣性が大きいと、摩擦シート７と端面２Ｃの摩擦力
に抗して回転子２更に負荷か回転し続け、運動エネルギ
ーか摩擦により消費された時点て停止する。

以上の駆動をくり返す事により、回転子２　ｈ）第１図
中時割方向（矢印六方向）に駆動され１す る。

回転子２を第１図中反時計方向に駆動する場合は第３図
ＣＢ）の様に電圧の立上りがゆるやかて立下りが急激な
駆動電圧を印加する事により上記と反対の駆動を行う。

電圧ＡからＣへの変化による圧電素子の第１図中矢印Ｂ
方向へ捩れる変形はゆるやかに行われ、前記摩擦シート
７と端面２ｃの間の摩擦力により、回転子２は第１図中
Ｂ方向に駆動される。

圧電素子の捩れか終了した時点、即ち駆動電圧がＣにな
った時点て摩擦板６は停止し、回転子２は停止する。し
かし、回転子２の慣性が大きい場合、更に出力Ｉ［１１
２ａに負荷が連結されている場合は、その慣性か大きい
と、回転子２及び負荷は摩擦シート７と端面２ｃの間の
摩擦力に抗して回転し続け、運動エネルギーが摩擦によ
り消費された時、停止する。次に電圧かＣからＡへ急激
に変化し、圧電素子か反対方向に捩れ、摩擦板６か第１
図中矢印Ａ方向に急激に回転する。しかし回転子２はそ
の慣性、更に出力１Ｉｉｌｌ１２ａに負荷か連結されて
いる場合は負荷の慣性により停止したままである。

以上の駆動をくり返して回転子２は第１図中反時計方向
（矢印Ｂ方向）に回転駆動される。

［発明の効果］ 以上説明したように、圧電素子等の電気−機械エネルギ
ー変換素子の捩れ変形を使用し、圧電素子の一端と回転
部材を摩擦力によって連結し、圧電素子の捩れ変形の速
さをその捩れ方向によって異なる速さとすることにより
、回転部を回転駆動して出力を得る構成としたため、極
めて小形のアクチュエータを得ることがてき、また部品
数も少なく安価に製造てきる。

さらに圧電素子の１回の変形による回転部月の回転量は
小さい為、減速機構が不要となった。さらに上述摩擦に
よる連結部を筐体及び蓋により密閉することか可能とな
り、信顆性か向上し、発生音を抑える効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるアクチュエータの一実施例を示す
一部破断分解斜視図、第２図は組立てた状態の中央断面
図、第３図は（八）　、　（Ｂ）駆動電圧波形図、第４
図は駆動部のブロック図、第５図は従来のアクチュエー
タを示す分解斜視図である。拓６因（１廷ｔｉ率の分醇
奎科見ロゴ′める。 １・・・筺体　　　　　　２・・・回転子３・・・ワッ
シャ　　　　４・・・板はね５・・・圧電素子　　　　
６・・・摩擦板７・・・摩擦シート　　　８・・・蓋 ５２゜ 第６図 １ａ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　電界の印加により軸方向端面に捩じれ変形を形成す
   る電気−機械エネルギー変換素子と、慣性部材を有し、
   該電気−機械エネルギー変換素子の一端面に摩擦連結す
   る回転部材とを備え、該電気−機械エネルギー変換素子
   の捩じれ変形速さを異ならしめるように印加する電界を
   制御することにより、該回転部材を所定の方向に回転駆
   動することを特徴とするアクチュエータ。