JPH0655035B2 - ステツピングモ−タ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、ロータを一定角度ずつ間欠的に回転させるス
テツピングモータに関する。

発明が解決しようとする問題点 従来のステツピングモータとしては、ロータの外周に複
数個の鉄片を一定ピツチで設けるとともに、ステータの
内周に、複数個の磁極をロータの鉄片に対するずれが一
定角度ずつ順次増加するように配置し、各磁極を順次に
励磁して鉄片を吸引することによりロータを一定角度ず
つ回転させるものが知られているが、このように磁力で
ロータの鉄片を吸引してロータを回転させるステツピン
グモータでは、磁極と鉄片とが、例えば歯同士がかみ合
うときのように機械的に係合するのではないから、ロー
タを回転させたときにその慣性力に抗して磁極と鉄片と
が整合する位置で確実に停止させることが困難であり、
確動性に欠ける欠点があつた。

そこで、本願出願人は、確動性に優れたステツピングモ
ータとして、外周面に多数の歯を設けたロータをケーシ
ング内に回転自由に支持し、ケーシングの内周面に、前
記歯に係合する係合部を有し、かつ、ロータの中心方向
への進退自由な複数の押圧体を、前記歯に対する位相を
異ならせて装置するとともに、各押圧体に、電圧の印加
により歪を生ずる積層形の圧電セラミツクを駆動源とし
て伸縮するアクチユエータを各別に設け、各押圧体を順
次に前進及び後退させて、押圧体の前進時に係合部で歯
の斜面を押圧することによりロータを一定角度ずつ回転
させるようにしたものを開発したが、かゝる構造のステ
ツピングモータは、ロータと押圧体の機械的係合により
ロータを回転させるのであるから上記した確動性に優
れ、しかも、圧電セラミツクは高速応答性に優れるた
め、順次に位相のずれた高周波のパルス電圧を夫々のア
クチユエータに印加することによつて、ロータを円滑に
連続回転させることができる利点を有する反面、圧電セ
ラミツクの歪量が比較的小さいことから、押圧体に必要
なストロークを得るためにはアクチユエータの全長を長
くとる必要があり、かゝるステツピングモータのように
押圧体をロータの中心方向へ進退させる構造であると、
ロータの外周にアクチユエータを収納する大きなスペー
スが必要となつてモータの径が大きくなる不具合があ
り、また、これを回避するために、アクチユエータを押
圧体とケーシングの間に押圧体の進行方向に対して斜め
に傾けて配置し、その押圧体と係合する作動端を前記進
退方向にのみ移動自由に拘束することによつて、アクチ
ユエータの変位量を増幅して押圧体を駆動する方法も考
えられたが、構造が複雑となつて製造に手間が掛かる不
具合があり、未だ改良の余地が残されていた。

本発明は、叙上の点に鑑み完成されたものであつて、ロ
ータを一定角度ずつ確実に回転させ、かつ、ロータの円
滑な連続回転が可能であり、しかも、構造が簡単でモー
タが径方向に大きくならないようにしたステツピングモ
ータを提供することを目的とする。

実施例 以下、本発明の一実施例を添付図面に基づいて説明す
る。

１は両端に側板２、３を有する筒形のケーシングであつ
て、ケーシング１内の一端側には、一面に側板２を貫通
して外部に突出する出力軸６を突設した円板形のロータ
５が、ベアリング７及び８を介して回転自由に支持され
ており、このロータ５の他面の外周部には、二等辺三角
形をした多数の係合歯１０が、ロータ５の回転中心を中
心とする放射状に一定のピツチで連続して形成されてい
る。

ケーシング１の他端側の側板３には、先端部が前記ロー
タ５の近傍まで突出した支柱１１が、ロータ５の回転中
心と同軸上に突設されており、この支柱１１の先端部の
外周に、５つの支持部１２が等角度間隔で放射状に突設
され、各支持部１２に、夫々径方向を向いて放射状に伸
長したレバー１３の基端部がピン１４によつて揺動自由
に支持されており、各レバー１３は、ケーシング１の内
周面にレバー１３の先端部の両側を挾むように突設され
た一対のガイド１５、１５に案内されて、ロータ５の軸
線方向に沿つて進退自由となつており、各レバー１３の
前記ロータ５の係合歯１０と対応する面には、夫々係合
歯１０と噛合可能な送り歯１７が係合歯１０と同一ピツ
チで複数個ずつ形成されており、これらの送り歯１７の
係合歯１０に対する位置関係は、係合歯１０と整合する
送り歯１７を基準として、その他の送り歯１７が、係合
歯１０に対する位相のずれを１／５ピツチずつ係合歯１
０を正面に見て反時計方向に順次に増加させるようにな
つており、第４図に示すように、位置Ｉの送り歯１７ａ
が係合歯１０と整合していると、位置IIの送り歯１７ｂ
は外周歯１０と１／５ピツチ位相がずれており、位置II
Iの送り歯１７ｃは２／５ピツチ、位置IVの送り歯１７
ｄは３／５ピツチ、位置Ｖの送り歯１７ｅは４／５ピツ
チ夫々外周歯１０と位相がずれている。

各レバー１３の基端部の近傍におけるロータ５と反対側
には、レバー１３を駆動するための伸縮可能なアクチユ
エータ３０が水平姿勢で装置されており、その固定子３
１が、ケーシング１の他端側の側板３の支持部１９に嵌
合されて固定され、球形頭部を有する作動子３２が、レ
バー１３の支持部２０の球形凹面に嵌合されており、ま
た、各レバー１３の先端部とケーシング１の一端側の側
板２の間には、各レバー１３に送り歯１７が係合歯１０
から離間する方向への揺動力を付勢する圧縮コイルばね
２１が装着されている。

前記アクチユエータ３０は、近時、日本特殊陶業株式会
社により開発された積層形の圧電セラミツクを利用した
アクチユエータであつて、第３図に示すように、リング
形を成す板状の圧電セラミツク３３を多数枚積層して、
各圧電セラミツク３３を電気的に並列に接続し、その積
層体３４を、一端に前記固定子３１を固着した外筒３５
内に摺動自由に嵌装してその一面を固定子３１に当接
し、外筒３５の他端に摺動体３６を摺動自由に嵌装して
積層体３４の他面に当接し、摺動体３６の中心孔３６ａ
から積層体３４の中心孔３４ａを貫通してボルト３７を
挿通し、固定子３１の中空内に突出した先端部に、圧縮
コイルばね３８を介してナツト３９を締め付け、積層体
３４を固定子３１と摺動体３６で挾んで弾力的に保持
し、摺動体３６に前記作動子３２を固着した構造にな
り、アクチユエータ３０に通電して各圧電セラミツク３
３に電圧を印加することによつて、各圧電セラミツク３
３が重ね合わせ方向に伸び、その歪の総和で作動子３２
が圧縮コイルばね３８のばね力に抗して押されて前進
し、通電を遮断すると、圧電セラミツク３３が縮み、作
動子３２が圧縮コイルばね３８のばね力で外筒３５内へ
後退し、圧電セラミツク３３は、応答速度が極めて速い
という特徴を有するため、アクチユエータ３０に高周波
のパルス電圧を印加することにより、作動子３２が高速
度で往復運動する。

なお、このアクチユエータ３０の作動子３２の変位量は
比較的小さいのであるが、本実施例では、アクチユエー
タ３０を、その作動子３２をレバー１３の揺動支点の近
傍に設けた支持部２０に当てた水平姿勢で装置したこと
によつて、レバー１３の揺動支点であるピン１４から支
持部２０までの距離をａ、ピン１４から送り歯１７まで
の距離をｂとした場合に、作動子３２の変位量をｂ／ａ
倍に増幅して、送り歯１７に必要なストロークを得るよ
うになつている。

次に、本実施例の作用について説明する。

第４図及び第５図の(a)に示すように、位置Ｉのレバー
１３が前進して、送り歯１７ａが係合歯１０とかみ合つ
ている状態において、送り歯１７ｂが係合歯１０に対し
て１／５ピツチ位相がずれている隣りの位置IIのアクチ
ユエータ３０に通電するとともに、位置Ｉのアクチユエ
ータ３０の通電を遮断すると、位置IIのレバー１３が圧
縮コイルばね２１を弾縮しつゝ揺動して前進するととも
に、位置Ｉのレバー１３が、第５図の（ｂ）に示すよう
に、圧縮コイルばね２１の弾力で後退し、上記したよう
に、位置IIの送り歯１７ｂは、係合歯１０に対して１／
５ピツチ位相がずれていて、送り歯１７ｂの歯先が係合
歯１０の第４図の時計方向の前側の斜面に対応している
ことから、送り歯１７ｂの前進行程で、その歯先が係合
歯１０の斜面を押しながら斜面上を滑つて係合歯１０を
反時計方向に移動させることによつて、ロータ５を反時
計方向に回転させ、送り歯１７ｂの歯先が係合歯１０の
歯元に当つたところでロータ５が丁度１／５ピツチ回転
し、この状態では、その隣りの位置IIIの送り歯１７ｃ
が係合歯１０に対して１／５ピツチ位相がずれているか
ら、引続いて、位置IIIのアクチユエータ３０に通電し
て送り歯１７ｃを前進させるとともに、位置IIアクチユ
エータ３０の通電を遮断して送り歯１７ｂを後退させる
ことによつて、ロータ５が再び１／５ピツチ同方向に回
転し、続いて、その隣りの位置IVのアクチユエータ３０
に通電して送り歯１７ｄを前進させるとともに、位置II
Iのアクチユエータ３０の通電を遮断して送り歯１７ｃ
を後退させ、さらに、位置Ｖのアクチユエータ３０に通
電して送り歯１７ｅを前進させるとともに、位置IVのア
クチユエータ３０の通電を遮断して送り歯１７ｄを後退
させると、ロータ５が１／５ピツチずつ回転する。

このように、位置Ｉ、II、III、IV及びＶのアクチユエ
ータ３０の通電と遮電とを一定のサイクルで繰り返すこ
とによつて、ロータ５を第４図の反時計方向に１／５ピ
ツチずつ間欠回転させることができ、所定の送り歯１７
が係合歯１０とかみ合つたところで、そのアクチユエー
タ３０を通電状態に保持すれば、ロータ５を任意の回転
角度で停止させることができる。

また、レバー１３を積層形の圧電セラミツクを使用した
アクチユエータ３０で駆動するようになつており、これ
らのアクチユエータ３０は高速応答性に優れているか
ら、順次に位相のずれた高周波のパルス電圧を印加する
ことにより、ロータ５を円滑に連続回転させることがで
きる。

なお、上記実施例では、係合歯１０が二等辺三角形にな
つていて、両側に斜面が形成されているから、レバー１
３を上記実施例とは逆に第４図の時計方向に順次に駆動
すると、ロータ５を時計方向に１／５ピツチずつ回転さ
せることができるのであるが、ロータ５を一方向にのみ
回転させれば良いときには、係合歯１０を一側にのみ斜
面を有する鋸歯状としても良い。

また、送り歯１７の装置個数は２個以上任意であつて、
例えば、送り歯１７を２個装置する場合には、係合歯１
０を鋸歯状として、前進しようとする送り歯１７の歯先
が係合歯１０の歯先と当たらないように装置すれば良
い。

発明の構成及び作用効果 上記実施例によつて具体的に説明したように、本発明の
ステツピングモータは、ケーシング内の一端側に、出力
軸を突設した円板形のロータを回転自由に支持して、該
ロータの一面に一側若しくは両側に斜面を有する多数の
歯を放射状に周設し、前記ロータの前記一面との対応位
置に、前記歯に係合する係合部を有し、かつ、前記ロー
タの軸線方向に沿つて進退自由な複数の押圧体を、前記
歯に対する位相を異ならせて放射状に装置するととも
に、電圧の印加により歪を生ずる積層形の圧電セラミツ
クを駆動源とする複数のアクチユエータの各作動端を前
記各押圧体に、各固定端を前記ケーシングの他端に夫々
連結し、前記各押圧体を順次に前進及び後退させて、該
押圧体の前進時に前記係合部で前記歯の斜面を押圧する
ことにより前記ロータを一定角度ずつ回転させる構成と
したことを要旨とするものであつて、ロータの歯と位相
がずれた位置にある押圧体を順次に前進させ、その押圧
体の係合部が直接にロータの歯の斜面を押してロータを
回転させるのであるからロータを一定角度ずつ確実に回
転させることができるとともに、ロータの歯と押圧体の
係合部との機械的な係合でロータの回転を停止させるの
であるから、ロータを任意の回転角度で確実に止めるこ
とができ、また、高速応答性に優れた積層形の圧電セラ
ミツクを使用したアクチユエータで各押圧体を駆動する
ようにしたから、順次に位相のずれた高周波のパルス電
圧を夫々のアクチユエータに印加することによつて、ロ
ータを円滑に連続回転させることができ、しかも、押圧
体の係合部に係合する歯を円板形のロータの一面に形成
し、押圧体をロータの軸線方向に沿つて進退させるよう
にしたから、押圧体を駆動するアクチユエータを、押圧
体とケーシングの他端側の間の空間に収納することがで
き、押圧体をロータの中心方向に向けて駆動する場合に
比べて構造が簡単となるとともに、変位量を大きくとる
ために圧電セラミツクの積層枚数を多くして全長を長く
したアクチユエータを使用しても、モータが径方向に大
きくなるのを回避し得る効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明ステツピングモータの一実施例の一部切
欠斜視図、第２図はその縦断面図、第３図はアクチユエ
ータの断面図、第４図は係合歯と送り歯の位置関係を示
す一部切欠断面図、第５図は係合歯と送り歯のかみ合い
状態と非かみ合い状態を示す一部切欠平面図である。 １：ケーシング、５：ロータ、６：出力軸、１０：係合
歯、１３：レバー、１７：送り歯、３０：アクチユエー
タ、３１：固定子、３２：作動子、３３：圧電セラミツ
ク

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ケーシング内の一端側に、出力軸を突設し
   た円板形のロータを回転自由に支持して、該ロータの一
   面に一側若しくは両側に斜面を有する多数の歯を放射状
   に周設し、前記ロータの前記一面との対応位置に、前記
   歯に係合する係合部を有し、かつ、前記ロータの軸線方
   向に沿つて進退自由な複数の押圧体を、前記歯に対する
   位相を異ならせて放射状に装置するとともに、電圧の印
   加により歪を生ずる積層形の圧電セラミツクを駆動源と
   する複数のアクチユエータの各作動端を前記各押圧体
   に、各固定端を前記ケーシングの他端に夫々連結し、前
   記各押圧体を順次に前進及び後退させて、該押圧体の前
   進時に前記係合部で前記歯の斜面を押圧することにより
   前記ロータを一定角度ずつ回転させる構成としたことを
   特徴とするステツピングモータ
2. 【請求項２】前記押圧体が、前記ケーシングの他端側に
   前記ロータの回転中心と同軸上に突設した支持柱に揺動
   自由に支持したレバーであることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載のステツピングモータ