JPH11511951A - 圧電リニア・ステップ・モータ及び変更形態 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、円筒形ボディ（１）と可動部分（４）とともに、これらの間に取り付けてある固定ユニットを有する圧電リニア・ステップ・モータに関する。これらの固定ユニットは、２つの圧電ユニット、即ち、変移・固定ユニット（２）および固定ユニット（３）から成っている。これらの圧電ユニット（２、３）は、圧電要素（７、８、９）、絶縁体（５）および摩擦部材（６）を有し、以て、可動部分（４）が前記摩擦部材（６）と係合するようになされている。

Description

【発明の詳細な説明】 圧電リニア・ステップ・モータ及び変更形態 発明の分野 本発明は、電気モータ製造の分野に関し、特に、本発明は圧電ステップ・モー タに関する。 発明の背景 ガイドと、ハウジングと、このハウジングの中である角度を持って固着され、 ガイド要素と摩擦によって相互に作用する板の形をした原動機とを有するリニア ・モータは業界において公知である（ソビエト連邦（ＳＵ） 審査済登録特許（ Ａ）第８０１１４９号）。 しかし、このリニア・ステップ・モータは、全体の寸法と質量が大きく、弾性 板の助けを借りて運動を行うので、大きな力を取り出したり、正確に位置決めす ることは不可能である。 また、それに固着されている固定ユニットを持つハウジングと、作動部材を持 つ可動部分とを有する圧電リニア・ステップ・モータも業界において公知である （ソビエト連邦（ＳＵ） 審査済登録特許（Ａ）第７２０５７６号）。 しかし、この圧電モータは、非常に多数の部品と、製造の複雑な固定ユニット とを持ち、そしてその可動部分は、線形変位の過程でとかく偶発的なターンをし やすいのである。 発明の概要 本発明の基本的な目的は、その実施形態の構造によって設計および製造技術を 簡単化すること、寸法および質量が小さくても大きな力を得ること、位置決めの 精度を高めることができるリニア圧電ステップ・モータを創り出すことである。 この目的は、その中に固着されている固定ユニットを持つハウジングと、可動 部分とを有する圧電リニア・ステップ・モータを提供することによって達成され るが、本発明に従えば、このモータにおいては、固定ユニットが、縦方向の、あ るいは横断方向の平面で並んで配設されている少なくとも２つの圧電ユニットを 有し、その第１の圧電ユニットが変移および固定圧電セルと、絶縁体で分離され ている分割摩擦要素とでできており、第２の圧電ユニットが固定圧電セル、分割 摩擦要素および絶縁体とでできており、可動部分がモータ軸に沿って配設され分 割化動要素と接触している。 横断方向の平面に位置している圧電ユニットは複数の扇形のセクタの形にする こともできる。 ハウジングは平行六面体の形にすることもでき、圧電ユニットは縦方向の平面 で並んで配設されている平行六面体として作ることもでき、可動部分は矩形の断 面を持つロッドの形にして作ることもできる。 ハウジングは、また、多面体の形に作ることもできる。 このハウジングは、可動部分がそこを通ってハウジングの外へ出て行くことの できる切り抜き部を持っていることが望ましい。 可動部分は、摩擦要素上の対応するガイドに入る少なくとも１本のガイドを持 っているのが妥当である。 このモータは、横断方向の平面に配設されている少なくとも２対の圧電ユニッ トを持つこともできる。 圧電セルは、圧電板、リングあるいはそれらの扇形のセクタの束の形にし、そ の電極を並列に交互に接続することもできるが、この場合、連続しているそれぞ れの圧電板、リング、あるいはセクタの分極方向が、その前のものとは反対にな っている。 圧電ユニット間の隙間は、弾性絶縁材料で埋めるのが好ましい。 ハウジングは移動できるようにしてもよく、圧電ユニットを静止バーに締結す ることができる。 特許請求しているこのモータは、このような設計になっていることによって、 組立、製造技術を簡単化すること、寸法および質量が小さくても大きな力を得る こと、位置決めの精度を高めることができるようにしている。 図面の簡単な説明 本発明を実施例と添付の下記図面を使って更に説明するが、 図１は、特許請求している圧電リニア・ステップ・モータ（第１実施形態）の 正面図であり、 図２は、図１に示しているモータの縦方向断面図であり、 図３は、第２実施形態のモータの正面図であり、 図４は、図３に示しているモータの縦方向断面図であり、 図５は、第３実施形態のモータの正面図であり、 図６は、図５に示しているモータの縦方向断面図であり、 図７は、第４実施形態のモータの正面図であり、 図８は、図７に示しているモータの縦方向断面図であり、 図９は、第５実施形態のモータの正面図であり、 図１０は、図９に示しているモータの縦方向断面図であり、 図１１は、第６実施形態のモータの正面図であり、 図１２は、図１０に示しているモータの縦方向断面図であり、 図１３−１８は、本発明による圧電リニア・ステップ・モータの動作期間段階 である。 本発明の最良の実施形態 本発明による圧電リニア・ステップ・モータは、中に２つの圧電ユニット２（ 図２）および３を設けた円筒形ハウジング１（図１）と、円筒形ロッドの形をし た可動部分４とを有している。それぞれの圧電ユニット２および３は、円筒形ハ ウジング１の内面にしっかりと固着してある。これらの圧電ユニット２および３ は、これらの機能によって、それぞれ、圧電変移・固定ユニット２と圧電固定ユ ニット３とに分けられている。 変移・固定圧電ユニット２は、絶縁体５と、分割摩擦要素６と、相互接続され て（例えば、接着されて）いる圧電セル７および８とから成っている。圧電セル ７は変移するセルで、その初期の分極ベクトルは、モータの縦軸方向に対してあ る角度を持って向いている。圧電セル８は固定セルであって、その初期の分極ベ クトルは、モータの縦軸方向に対して直角方向を向いている。 固定圧電ユニット３は、固定圧電セル９と、絶縁体５と、分割摩擦要素６とか ら成っている。 各圧電セルは、それらの電極を電線に接続してある（図示していない）。 圧電ユニット２および３の間の隙間は、弾性絶縁材料１０で埋めてある。 可動部分４（図１）の表面にはガイドが形成されており、摩擦要素６にある対 応するガイドに入っている。ガイド１１があることによって、その円筒形ロッド が回れないようになっている。分割摩擦要素６を使うことによって、圧電ユニッ ト２および３が確実に可動部分４をより強く締め付けることができるようになっ ている。 特許請求している圧電リニア・ステップ・モータは別の実施形態も取り得る。 図３および４に示しているこのモータの第２の実施形態では、第１実施形態に 比べると、圧電ユニット２および３が１つの横断面に設けられていて、複数のセ クタの形に作られている。これによって、このモータの寸法と質量がかなり低減 されている。 図５および６に示しているこのモータの第３の実施形態は、第１の実施形態に 対して、ハウジングと可動部分の形状が異なるのと、圧電ユニットの構造がより 単純になっているところが異なる。ハウジング１２は平行六面体の形をしており 、可動部分は、断面が矩形のロッド１３の形に作られている。圧電ユニット２お よび３は第１実施形態と同様に作られていて、圧電板、絶縁体および摩擦要素か ら成っている。 図７および８に示しているこのモータの第４の実施形態においては、ハウジン グ１４が多角形の形に作られており、圧電ユニット２および３が１つの横断面に 設けられている。 図９および１０に示しているこのモータの第５の実施形態においては、ハウジ ング１５が切り抜き部１６を持ち、これを通って可動部分１７がこのハウジング から出て行く。圧電ユニットの設計は第３の実施形態のものと同様である。 図１１および１２に示している第６の実施形態においては、可動部分がハウジ ング１８であって、静止部材はバー１９で、これに圧電ユニット２および３がし っかり固着されている。 本発明によるモータは次のように動作する。 電極に正の電圧を印加すると、変移圧電ユニット７の内側部分が、その分極ベ クトルがモータの縦軸に対してある角度を持って向いているので、逆圧電効果に よってハウジング１に固着されている外側部分に対して左方向へ変位する。固定 圧電ユニット８および９に正の電圧を印加すると、それらの分極ベクトルがモー タの縦軸に対して直角になっているので、可動部分４を締め付ける。負の電圧が 印加されると、変移圧電セル７の内側部分が右方向に変位し、固定圧電セル８お よび９が可動部分から離される。 動作サイクルは６つの期間段階から成っている。 第１期間段階に対応している位置を図１３に示している。総ての圧電セルに正 の電圧が印加されている。この場合、変移圧電セル７は左の方向に変位され、固 定圧電セル８および９は可動部分４を締め付ける。 第２期間段階において、負の電圧が固定圧電セル９に印加されると（図１４） 、これは可動部分４から離される。 第３期間段階において、圧電セル７に負の電圧が印加されると（図１５）、こ のセルは右の方向に動き、固定圧電セル８と可動部分４とを１ステップだけ右の 方へ変位させる。 第４期間段階において、正の電圧が固定圧電セル９に印加されると（図１６） 、それは可動部分４に押し付けられる。 第５期間段階において、固定圧電セル８に負の電圧が印加されると（図１７） 、それは可動部分４から離される。 第６期間段階において、正の電圧が固定圧電セル７に印加されると（図１８） 、それは固定圧電セル８とともに左方向へ変位させられる。 これらのサイクルを繰り返すと、可動部分４は右への線形移動をするのである 。 ハウジングを線形移動するときも同じ動作サイクルを使用する。 逆移動は、固定圧電セルへの電圧印加の順序を変えることによって行える。 モータの出力を上げるには、圧電ユニットを追加して装備するが、横断平面と 縦方向平面の両方に設ければよい。 特許請求している圧電ステップ・モータは、設計および製造技術が簡単で、寸 法および質量が小さく、可動部分の力が大きく、位置決めの精度が上がる。 本発明の実施形態の説明においては、よりよく理解されるように限定的な狭義 の用語を使用した。しかし、本発明は受け取られた用語に限定されるものではな く、これら総ての用語は、同様な方法で動作するユニットに対する、また同様の 技術課題を解決するのに使用される総ての同義語を含んでいるということに留意 されたい。 本発明を、その好適なタイプの実現物に関連付けて説明したが、本発明の着想 と範囲から外れなければ変更や修正をすることができるということは明らかで、 このことは当業者であれば容易に理解できよう。 これらの変更と修正は、本発明の要諦と範囲、および添付の請求の範囲を越え ないで考慮すべきである。 産業上の利用可能性 本発明は、電気工学、無線工学、およびオートメーションにおけるスレーブ機 構として使用することが可能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，Ｉ Ｌ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ (71)出願人 ブロフ，セルゲィ・ビャチェスラボビッチ ロシア163061アレハンゲリスク、ウーリツ ァ・セベロドビンスカヤ、ドーム11、クバ ルティーラ21 (72)発明者 ブロフ，セルゲイ・ビャチェスラボビッチ ロシア163061アレハンゲリスク、ウーリツ ァ・セベロドビンスカヤ、ドーム11、クバ ルティーラ21 (72)発明者 オカトフ，ユーリ・ウラジミーロビッチ ロシア163002セベロドビンスク、アレハン ゲリスコイ・オブラースティ、ウーリツ ァ・ジェルジンスコーゴ、ドーム８、クバ ルティーラ７

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．固定ユニットがその中に固着されているハウジング（１）と、可動部分（４ ）とを有する圧電リニア・ステップ・モータであって、この固定ユニットが縦方 向平面または横断方向平面に並んで設けてある少なくとも２つの圧電ユニット（ ２、３）を有しており、その第１圧電ユニットが変移圧電セル（７）および固定 圧電セル（８）と、絶縁体（５）によって分離されている分割摩擦要素（６）と から成っており、第２圧電ユニットが固定圧電セル（９）と、分割摩擦要素（６ ）と、絶縁体（５）とから成っており、そして可動部分（４）がモータの軸に沿 って配設されその分割摩擦要素（６）と接触していることを特徴とする圧電リニ ア・ステップ・モータ。 ２．請求項１に記載の圧電リニア・ステップ・モータであって、横断平面に設け られている圧電ユニット（２、３）が複数の扇形の形をしていることを特徴とす る圧電リニア・ステップ・モータ。 ３．請求項１に記載の圧電リニア・ステップ・モータであって、ハウジング（１ ２）が平行六面体の形をしており、その圧電ユニット（２、３）が平行六面体の 形をしていて縦方向平面で並んで設けられており、その可動部分が矩形の断面を しているロッド（１３）の形に作られていることを特徴とする圧電リニア・ステ ップ・モータ。 ４．請求項２に記載の圧電リニア・ステップ・モータであって、ハウジング（１ ４）が多面体の形をしていることを特徴とする圧電リニア・ステップ・モータ。 ５．請求項１、あるいは請求項２、あるいは請求項３、あるいは請求項４に記載 の圧電リニア・ステップ・モータであって、ハウジング（１５）が切り抜き部（ １６）を持ち、ここを通って可動部分（１７）がこのハウジングから出て行くこ とを特徴とする圧電リニア・ステップ・モータ。 ６．請求項１に記載の圧電リニア・ステップ・モータであって、可動部分（４） が少なくとも１本のガイド（１１）を持ち、これが摩擦要素上の対応するガイド に入ることを特徴とする圧電リニア・ステップ・モータ。 ７．請求項１に記載の圧電リニア・ステップ・モータであって、横断方向平面に 少なくとも２対の圧電ユニット（２、３）が設けられていることを特徴とする圧 電リニア・ステップ・モータ。 ８．請求項１、あるいは請求項２、あるいは請求項３、あるいは請求項４、ある いは請求項５、あるいは請求項６、あるいは請求項７に記載の圧電リニア・ステ ップ・モータであって、圧電ユニット（７、８、９）が圧電板、リングあるいは それらのセクタの束の形になっていて、それらの電極が並列に交互に接続されて おり、この場合、連続する圧電板、リング、あるいはセクタのそれぞれの分極方 向がその前のものの反対になっていることを特徴とする圧電リニア・ステップ・ モータ。 ９．請求項１、あるいは請求項２、あるいは請求項３、あるいは請求項４、ある いは請求項５に記載の圧電リニア・ステップ・モータであって、圧電ユニット（ ２、３）間の隙間が弾性絶縁材料（１０）で埋められていることを特徴とする圧 電リニア・ステップ・モータ。 １０．請求項１、あるいは請求項２、あるいは請求項３、あるいは請求項４、あ るいは請求項５、あるいは請求項６、あるいは請求項７、あるいは請求項８、あ るいは請求項９に記載の圧電リニア・ステップ・モータであって、ハウジング（ １８）が動くことができ、圧電ユニット（２、３）が静止ロッド（１９）に固着 されていることを特徴とする圧電リニア・ステップ・モータ。