JPS60200776A - 駆動装置 - Google Patents
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- JPS60200776A JPS60200776A JP59054282A JP5428284A JPS60200776A JP S60200776 A JPS60200776 A JP S60200776A JP 59054282 A JP59054282 A JP 59054282A JP 5428284 A JP5428284 A JP 5428284A JP S60200776 A JPS60200776 A JP S60200776A
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- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims abstract description 9
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/0005—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing non-specific motion; Details common to machines covered by H02N2/02 - H02N2/16
- H02N2/001—Driving devices, e.g. vibrators
- H02N2/002—Driving devices, e.g. vibrators using only longitudinal or radial modes
- H02N2/0025—Driving devices, e.g. vibrators using only longitudinal or radial modes using combined longitudinal modes
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
- H02N2/026—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors by pressing one or more vibrators against the driven body
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
- H02N2/103—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors by pressing one or more vibrators against the rotor
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は被駆動体に駆動力を与える駆動装置に関し、さ
らに詳しくは圧電効果を示す圧電体を用いて被駆動体に
駆動力を与える駆動装置に関するものである。
らに詳しくは圧電効果を示す圧電体を用いて被駆動体に
駆動力を与える駆動装置に関するものである。
被駆動体に駆動力を与える駆動装置としては、一般的に
電気入力を用いるものと流体入力を用いるものとに大別
できる。前者の駆動装置の代表的なものは電磁力を利用
した電動モータであり、また後者の駆動装置の代表的な
ものは油室圧モータ。
電気入力を用いるものと流体入力を用いるものとに大別
できる。前者の駆動装置の代表的なものは電磁力を利用
した電動モータであり、また後者の駆動装置の代表的な
ものは油室圧モータ。
油室圧シリンダ等がある。
一方、近年では圧電体の開発に伴ない、この圧電体を用
いた駆動装置が種々提案されている。この圧電体は電圧
をかけると歪が生じる現象、いわゆる逆圧電効果を発揮
するもので、古くから知られているものである。この圧
電体を用いた駆動装置の一方式としては、１９７３年１
１月に発行されたＩＢＭ １’ｅｃｈｎｉｃａ１． Ｄ
ｉｓｃｌｏｓｕｒｅ Ｂｕｌｌｅｔ、ｉｎｅ、Ｖｏｌ、
１６゜Ｎα６．に示されたものや、特開昭５３−８２２
８６号公報に記載されたもののように、一方向に歪形前
を有する２個の圧電体を柔機構を介して直交方向に連結
して組み合わせ、それらの直交方向の歪を合成する機構
になっているものがある。
いた駆動装置が種々提案されている。この圧電体は電圧
をかけると歪が生じる現象、いわゆる逆圧電効果を発揮
するもので、古くから知られているものである。この圧
電体を用いた駆動装置の一方式としては、１９７３年１
１月に発行されたＩＢＭ １’ｅｃｈｎｉｃａ１． Ｄ
ｉｓｃｌｏｓｕｒｅ Ｂｕｌｌｅｔ、ｉｎｅ、Ｖｏｌ、
１６゜Ｎα６．に示されたものや、特開昭５３−８２２
８６号公報に記載されたもののように、一方向に歪形前
を有する２個の圧電体を柔機構を介して直交方向に連結
して組み合わせ、それらの直交方向の歪を合成する機構
になっているものがある。
この種の駆動装置における圧電体の配置では、一方の圧
電体はその駆動端部と被駆動体との接触。
電体はその駆動端部と被駆動体との接触。
非接触の動作あるいは押付力の変化を与えるのみで被駆
動体の駆動力には関与しておらず、他方の圧電体のみが
駆動力を発生する構造になっている。
動体の駆動力には関与しておらず、他方の圧電体のみが
駆動力を発生する構造になっている。
このため、効率が悪いものである。さらには、正転また
は逆転時のいずれか一方で駆動力発生側の圧電体に引張
応力がかかるため、圧電体の耐久性に難がある。とくに
近年、Ｎ体の低電圧駆動と大変位化を目的とし積層型圧
電体が一発されているが、この積層型圧電体に引張応力
をかけることは、その寿命に著しい悪影響を及ぼすもの
である。
は逆転時のいずれか一方で駆動力発生側の圧電体に引張
応力がかかるため、圧電体の耐久性に難がある。とくに
近年、Ｎ体の低電圧駆動と大変位化を目的とし積層型圧
電体が一発されているが、この積層型圧電体に引張応力
をかけることは、その寿命に著しい悪影響を及ぼすもの
である。
本発明は上述の事柄に基づいてなされたもので、高効率
で駆動力を伝達することができ、しかも良好な耐久性を
有する圧電体を利用した駆動装置を提供することを目的
としたものである。
で駆動力を伝達することができ、しかも良好な耐久性を
有する圧電体を利用した駆動装置を提供することを目的
としたものである。
本発明は上記の目的を達成するために、被駆動体を駆動
する駆動装置において、一方向に歪形前を有する圧電体
を被駆動面に対して４５°ずっ傾くように直交して配置
し、しがも圧電体に常に圧縮力が加わるように弾性部材
を設け、適当な位相差の交流電圧をそれぞれの圧電体に
印加し、それぞれの変位を柔機構を介して駆動端で合成
し楕円運動させることにより、接触する被駆動体を駆動
することを特徴とするものである。
する駆動装置において、一方向に歪形前を有する圧電体
を被駆動面に対して４５°ずっ傾くように直交して配置
し、しがも圧電体に常に圧縮力が加わるように弾性部材
を設け、適当な位相差の交流電圧をそれぞれの圧電体に
印加し、それぞれの変位を柔機構を介して駆動端で合成
し楕円運動させることにより、接触する被駆動体を駆動
することを特徴とするものである。
以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。
第１図は本発明の駆動装置の一実施例を示すもので、図
において、１および２は直方体形状の圧電体で、この圧
電体は例えばチタン酸ジルコン酸釦（Ｐｂ （Ｚｒ、Ｔ
ｉ）０３）（略称ＰＺＴ）を用い、低電圧で大変位を得
る積層体構造をなしている。１０はセラミクス等の耐摩
耗性材料でできた駆動端部、１１は被駆動体である。１
７は被駆動体１１と前記駆動端部１０の接触点における
接平面に対して±４５６の傾斜面１７Ａを有するベース
で、このベース１７の傾斜面１７Ａにはそれぞ４し圧電
体１，２の底面が固着されている。
において、１および２は直方体形状の圧電体で、この圧
電体は例えばチタン酸ジルコン酸釦（Ｐｂ （Ｚｒ、Ｔ
ｉ）０３）（略称ＰＺＴ）を用い、低電圧で大変位を得
る積層体構造をなしている。１０はセラミクス等の耐摩
耗性材料でできた駆動端部、１１は被駆動体である。１
７は被駆動体１１と前記駆動端部１０の接触点における
接平面に対して±４５６の傾斜面１７Ａを有するベース
で、このベース１７の傾斜面１７Ａにはそれぞ４し圧電
体１，２の底面が固着されている。
したがって被駆動体１１と駆動端部１０の接触点におけ
る法線に対して±４５°の変位成分をそれぞれの圧電体
は持つものである。すなわち圧電体１，２の機械的変位
の方向はそれぞれ矢印５と矢印６で表わされる６圧電体
１，２と駆動端部１０の間には柔機構１８が設けられて
いる。この柔機構１８は圧電体１に相対する部分１．８
ａと圧電体２に相対する部分１．８ ｂとから成る。
る法線に対して±４５°の変位成分をそれぞれの圧電体
は持つものである。すなわち圧電体１，２の機械的変位
の方向はそれぞれ矢印５と矢印６で表わされる６圧電体
１，２と駆動端部１０の間には柔機構１８が設けられて
いる。この柔機構１８は圧電体１に相対する部分１．８
ａと圧電体２に相対する部分１．８ ｂとから成る。
柔機構１８の一部１８ａは、矢印５の方向には力を剛に
伝え、矢印５と直角方向には柔であるように、矢印５の
方向にスリットを入れた板ばね構造とする。
伝え、矢印５と直角方向には柔であるように、矢印５の
方向にスリットを入れた板ばね構造とする。
同様に柔機構１８の一部１８ｂは、矢印６の方向には力
を剛に伝え、矢印６と直角方向には柔であるように、矢
印６の方向にスリットを入れた板ばね構造とする。した
がって圧電体１の変角は圧電体２に妨げられることなく
駆動端１０をを矢印５の方向に変位させ、逆に圧電体２
の変位は圧電体１に妨げられることなく駆動端１０を矢
印６の方向に変位させる。駆動端部１０の下面は力の伝
達を考慮して圧電体１，２の変位方向の矢印５，６とそ
れぞれ直交する面を持ち、さらに駆動端部１０と柔機構
１８および圧電体１，２は一体となって固着されている
。また柔機構１８とベース１７の間に弾性部材１９を設
け、圧電体１．２に常に圧縮力がかかるようにする。ベ
ース１７は固定壁２０に設けられる。また被駆動体１１
は、固定壁２１から弾性部材２２．軸受手段２３を介し
て駆動端部１０に押付けられている。１２は発信器、１
３はアンプ、１４は位相変換器、１５は・アンプ、１６
は９作コン１−ローラで、このコン１−口−ラ１６は発
信器１２の周波数および位相変換器１４の位相を調整す
る。
を剛に伝え、矢印６と直角方向には柔であるように、矢
印６の方向にスリットを入れた板ばね構造とする。した
がって圧電体１の変角は圧電体２に妨げられることなく
駆動端１０をを矢印５の方向に変位させ、逆に圧電体２
の変位は圧電体１に妨げられることなく駆動端１０を矢
印６の方向に変位させる。駆動端部１０の下面は力の伝
達を考慮して圧電体１，２の変位方向の矢印５，６とそ
れぞれ直交する面を持ち、さらに駆動端部１０と柔機構
１８および圧電体１，２は一体となって固着されている
。また柔機構１８とベース１７の間に弾性部材１９を設
け、圧電体１．２に常に圧縮力がかかるようにする。ベ
ース１７は固定壁２０に設けられる。また被駆動体１１
は、固定壁２１から弾性部材２２．軸受手段２３を介し
て駆動端部１０に押付けられている。１２は発信器、１
３はアンプ、１４は位相変換器、１５は・アンプ、１６
は９作コン１−ローラで、このコン１−口−ラ１６は発
信器１２の周波数および位相変換器１４の位相を調整す
る。
上述した本発明の装置の一実施例の基本的な動作は、圧
電体１，２に適当な位相差をもつ交流電圧をかけると、
それぞれの変位５および６が駆動端部１０で合成され、
駆動端部１０が楕円軌跡を描くことによって、押し付け
られた被駆動体１１を一方向に接触駆動するものである
。
電体１，２に適当な位相差をもつ交流電圧をかけると、
それぞれの変位５および６が駆動端部１０で合成され、
駆動端部１０が楕円軌跡を描くことによって、押し付け
られた被駆動体１１を一方向に接触駆動するものである
。
次に、上述した本発明の装置の一実施例の動作を第２図
を用いてさらに詳しく説明する。
を用いてさらに詳しく説明する。
第２図は、第１図に示す本発明の装置の一実施例の動作
を拡大して模式的に表わしたものである。
を拡大して模式的に表わしたものである。
被駆動体１１の接触面に対して±４５°方向に配置され
た圧電体１，２のそれぞれの最大振幅をａとすると、駆
動端１０の運動範囲は一辺２ａの４５°傾いた正方形領
域Ｂの中に入る。すなわち、圧電体１，２に適当な位相
差を持つ最大振幅電圧を印加すると、駆動端部１０の運
動軌跡Ａは正方形Ｂに内接する楕円となり、その偏平度
は電圧の位相差に依存する。第２図に示した楕円軌跡は
両者の位相差がほぼ１２０°に相当するものである。
た圧電体１，２のそれぞれの最大振幅をａとすると、駆
動端１０の運動範囲は一辺２ａの４５°傾いた正方形領
域Ｂの中に入る。すなわち、圧電体１，２に適当な位相
差を持つ最大振幅電圧を印加すると、駆動端部１０の運
動軌跡Ａは正方形Ｂに内接する楕円となり、その偏平度
は電圧の位相差に依存する。第２図に示した楕円軌跡は
両者の位相差がほぼ１２０°に相当するものである。
駆動効率を上げるためには、接触面に垂直方向の変位は
できるだけ小さくして、接触面方向の変位を大きくする
ような偏平な楕円軌跡で駆動することが望ましいが、本
発明によれば、最大振幅ａの圧電体の変位を組み合わせ
ることにより接触面方向の変位を２ノ２ａに近くするこ
とができる。したがって同じ性能の圧電体を用いた場合
、本発明のものは従来のものより有効に圧電体を活用す
ることができる。すなわち、接触面方向の変位が従来方
式より７口倍近くなるため、駆動速度で１丁倍、駆動力
で１丁倍近くになり、その出力においてはＶ丁ｘｆｉ−
２倍近く向上し、大幅に効率が向上する。
できるだけ小さくして、接触面方向の変位を大きくする
ような偏平な楕円軌跡で駆動することが望ましいが、本
発明によれば、最大振幅ａの圧電体の変位を組み合わせ
ることにより接触面方向の変位を２ノ２ａに近くするこ
とができる。したがって同じ性能の圧電体を用いた場合
、本発明のものは従来のものより有効に圧電体を活用す
ることができる。すなわち、接触面方向の変位が従来方
式より７口倍近くなるため、駆動速度で１丁倍、駆動力
で１丁倍近くになり、その出力においてはＶ丁ｘｆｉ−
２倍近く向上し、大幅に効率が向上する。
さらには、本発明の一実施例によれば、被駆動体１１に
よる駆動端部１０への押付力が圧電体１゜２には圧縮力
として加わるとともに、ばね部材１９によっても、圧電
体１，２に圧縮力が働くため、動作中の圧電体１，２に
は常に圧縮応力が加わり、引張応力に弱い特性をもつ圧
電体の耐久性が大幅に向上する。
よる駆動端部１０への押付力が圧電体１゜２には圧縮力
として加わるとともに、ばね部材１９によっても、圧電
体１，２に圧縮力が働くため、動作中の圧電体１，２に
は常に圧縮応力が加わり、引張応力に弱い特性をもつ圧
電体の耐久性が大幅に向上する。
以上述べた本発明の一実施例では、柔機構１８と駆動端
部１０ガ別部材となっていたが、柔機構】８が被駆動面
１１に相対する面にセラミックコーティング等の耐摩耗
性処理をして駆動端部１０を形成してもよい。
部１０ガ別部材となっていたが、柔機構】８が被駆動面
１１に相対する面にセラミックコーティング等の耐摩耗
性処理をして駆動端部１０を形成してもよい。
次に本発明の駆動装置の代表的な各適用例を説明する。
第３図及び第４図は本発明の駆動装置の一辺用例を示す
もので、この適用例は、被駆動体１１を回転させるアク
チュエータを構成した一実施例である。第３図、第４図
において第２図と同一番号は同一部分を表わす。第３図
において駆動端部１０は皿ねし２４で柔機構１８に固定
されている。
もので、この適用例は、被駆動体１１を回転させるアク
チュエータを構成した一実施例である。第３図、第４図
において第２図と同一番号は同一部分を表わす。第３図
において駆動端部１０は皿ねし２４で柔機構１８に固定
されている。
また弾性部材１９に相当するものとして、ベース１７の
一部にばね性を持たせポル１〜２５で柔機構１８とベー
ス１７とを結合し、圧電体１，２に圧縮力を与えている
。この実施例の回転アクチュエータでは、第４図に示す
ように、円板状の固定壁２０に本発明の駆動装置を３ユ
ニット設け、対向する円環状の被駆動体１１を３点接触
で支持する構造となっている。なお第３図では手前の駆
動装置のみ表示し、後側の駆動装置の表示は省略しであ
る。被駆動体１１は弾性部材２２を介してロータ２６に
固定され、さらに止めリング２７によって駆動端部１０
に押し付けられている。ロータ２６は、固定壁２０とケ
ーシング２８との間に設けられた回転軸受によって支持
されている。
一部にばね性を持たせポル１〜２５で柔機構１８とベー
ス１７とを結合し、圧電体１，２に圧縮力を与えている
。この実施例の回転アクチュエータでは、第４図に示す
ように、円板状の固定壁２０に本発明の駆動装置を３ユ
ニット設け、対向する円環状の被駆動体１１を３点接触
で支持する構造となっている。なお第３図では手前の駆
動装置のみ表示し、後側の駆動装置の表示は省略しであ
る。被駆動体１１は弾性部材２２を介してロータ２６に
固定され、さらに止めリング２７によって駆動端部１０
に押し付けられている。ロータ２６は、固定壁２０とケ
ーシング２８との間に設けられた回転軸受によって支持
されている。
この回転アクチュエータの動作を次に説明する。
既に詳述したように、圧電体１，２に適当な位イ“日差
を持つ交流電圧を印加すると駆動端部１０は楕円運動を
行う。そこで、本回転アクチュエータに設置された３個
の駆動装置の駆動端部１ｏを同期して楕円運動させると
、３点で接触支持されている被駆動体１１およびロータ
２６を連続して一方向に回転させることができる。なお
、圧電体１゜２に印加する電圧の位相差を逆にすれば、
当然ロータ２６は逆回転を行う。
を持つ交流電圧を印加すると駆動端部１０は楕円運動を
行う。そこで、本回転アクチュエータに設置された３個
の駆動装置の駆動端部１ｏを同期して楕円運動させると
、３点で接触支持されている被駆動体１１およびロータ
２６を連続して一方向に回転させることができる。なお
、圧電体１゜２に印加する電圧の位相差を逆にすれば、
当然ロータ２６は逆回転を行う。
第５図は本発明の駆動装置の他の適用例を示すもので、
この適用例は被駆動体１１を直線移動させるアクチュエ
ータを構成した一実施例である。
この適用例は被駆動体１１を直線移動させるアクチュエ
ータを構成した一実施例である。
第５図において、対向した固定壁２０ａ、２０ｂに弾性
部材２２ａ、２２ｂを介して本発明の駆動装置が２個ず
つ設けられ、それぞれの駆動端部１０が被駆動体１１を
押し付けて支持している。
部材２２ａ、２２ｂを介して本発明の駆動装置が２個ず
つ設けられ、それぞれの駆動端部１０が被駆動体１１を
押し付けて支持している。
この直線移動アクチュエータの動作は、前述の回転アク
チュエータの動作と同様にそれぞれの駆動装置を同期さ
せて駆動することにより、被駆動体１１を連続して一方
向に駆動するものである。
チュエータの動作と同様にそれぞれの駆動装置を同期さ
せて駆動することにより、被駆動体１１を連続して一方
向に駆動するものである。
以上詳述したように１本発明によれば、被駆動体に駆動
力を効率良く伝達でき、しかも圧電体の耐久性を向上さ
せた駆動装置を提供することができるものである。
力を効率良く伝達でき、しかも圧電体の耐久性を向上さ
せた駆動装置を提供することができるものである。
第１図は本発明の駆動装置の一実施例の構成を示す図、
第２図は本発明の駆動装置の一実施例の動作説明図、第
３図は本発明の駆動装置を適用した回転型アクチュエー
タを一部断面にて示す正面図、第４図は第３図のＩＶ
−ＩＶ矢視図、第５図は本発明の駆動装置を適用した直
線移動型アクチュエータを示す図である。 １．２・・・圧電体、５，６・・・圧電体の変位方向、
７゜８・・・柔機構、１０・・・駆動端部、１１・・・
被駆動体、１２・・・発信器、１３．１５・・アンプ、
１４・・・位相変換器、１６・・・動作コントローラ、
１７・・ベース、１８・・・柔機構、１９・・弾性部材
。 。 ■１図 第 Ｚ 図 第３図 ”１ 刀 ４ 図
第２図は本発明の駆動装置の一実施例の動作説明図、第
３図は本発明の駆動装置を適用した回転型アクチュエー
タを一部断面にて示す正面図、第４図は第３図のＩＶ
−ＩＶ矢視図、第５図は本発明の駆動装置を適用した直
線移動型アクチュエータを示す図である。 １．２・・・圧電体、５，６・・・圧電体の変位方向、
７゜８・・・柔機構、１０・・・駆動端部、１１・・・
被駆動体、１２・・・発信器、１３．１５・・アンプ、
１４・・・位相変換器、１６・・・動作コントローラ、
１７・・ベース、１８・・・柔機構、１９・・弾性部材
。 。 ■１図 第 Ｚ 図 第３図 ”１ 刀 ４ 図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、被駆動体を駆動する駆動装置において、前記被駆動
体を接触駆動する駆動端部と、前記被駆動体と前記駆動
端部の接触点における法線に対して＋４５°方向に変位
成分を持つ第１の圧電体と、−４５°方向に変位成分を
持つ第２の圧電体と、前記駆動端部と前記圧電体とを結
合し、しかも互いの圧電体の変位を妨げないような柔機
構と、前記圧電体を固定するベースと、前記圧電体に圧
縮応力を加える弾性部材とを備えたことを特徴とする駆
動装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載の駆動装置において、前
記駆動端部は耐摩耗性部材から成り圧電体の変位方向に
直交する面で前記柔機構に固着したことを特徴とする駆
動装置。 ３、特許請求の範囲第１項記載の駆動装置において、前
記駆動端部は、前記柔機構の前記被駆動体に相対する面
に耐摩耗性処理をして形成したことを特徴とする駆動装
置。 ４、特許請求の範囲第１項記載の駆動装置において、柔
機構は圧電体の振動方向に平行なスリットを持つばね構
造体であることを特徴とする駆動装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59054282A JPH0636673B2 (ja) | 1984-03-23 | 1984-03-23 | 駆動装置 |
| US06/712,851 US4613782A (en) | 1984-03-23 | 1985-03-18 | Actuator |
| CA000476856A CA1236154A (en) | 1984-03-23 | 1985-03-19 | Actuator |
| EP85103356A EP0155694B1 (en) | 1984-03-23 | 1985-03-22 | Actuator |
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