JPS6020775A - Rotary actuator - Google Patents

Rotary actuator

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JPS6020775A
JPS6020775A JP58127616A JP12761683A JPS6020775A JP S6020775 A JPS6020775 A JP S6020775A JP 58127616 A JP58127616 A JP 58127616A JP 12761683 A JP12761683 A JP 12761683A JP S6020775 A JPS6020775 A JP S6020775A
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JP
Japan
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rotary actuator
piezoelectric
piezoelectric body
casing
moving part
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Application number
JP58127616A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshio Ogiso
敏夫 小木曽
Kenji Mori
健次 森
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/0005Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing non-specific motion; Details common to machines covered by H02N2/02 - H02N2/16
    • H02N2/001Driving devices, e.g. vibrators
    • H02N2/0045Driving devices, e.g. vibrators using longitudinal or radial modes combined with torsion or shear modes
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/10Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
    • H02N2/103Electric 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

Abstract

PURPOSE:To transmit a drive force in high efficiency by rotating a rotary member by the moving unit for producing circulating locus of a piezoelectric unit. CONSTITUTION:A shaft 2 is rotatably supported to a casing 1 via a bearing 3. A piezoelectric unit 4 has a movable unit 4A for producing a circulating locus by distortions of the longitudinal or lateral effect and shearing effect. A plurality of units 4 are secured to the shaft 2 to have a gap to the inner surface of the casing 1 at the movable unit 4A. AC power source is supplied to the unit 4, and the casing 1 or shaft 2 is rotated by the unit 4A for producing the circulating locus.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は圧電素子を利用した回転型アクチュエータに関
するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Application of the Invention] The present invention relates to a rotary actuator using a piezoelectric element.

〔発明の背景〕[Background of the invention]

従来、例えばロボット関節部等の低速、高トルクを必要
とする駆動部の駆動アクチュエータとしては、DCサー
ボモータ、ACサーボモータ、油圧モータなどが用いら
れている。油圧の場合には低速高トルクで駆動できるが
、油漏れや大きな油圧源を必要とする問題がアシ、また
電動モータの場合には定格回転数が萬いため、低速で駆
動する部分に用いるときには減速機が不可欠となる。こ
の減速機の使用によシ、重量増加や剛性低下の問題を言
んでいる。
Conventionally, DC servo motors, AC servo motors, hydraulic motors, and the like have been used as drive actuators for drive parts that require low speed and high torque, such as robot joints. Hydraulic motors can be driven at low speeds and high torque, but there are problems with oil leakage and the need for a large hydraulic power source.In addition, electric motors have a rated rotational speed of 10,000, so when used for parts that drive at low speeds, they must be decelerated. machine becomes essential. The use of this speed reducer causes problems such as increased weight and decreased rigidity.

一方、近年では圧電素子の開発に伴い、この圧電素子を
用いた駆動装置が種々提案されている。
On the other hand, in recent years, with the development of piezoelectric elements, various drive devices using piezoelectric elements have been proposed.

この圧電素子は電圧をかけると、ひずみを生じる現象所
謂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。この圧電素子を用いた回転型アクチュエータ
の例としては、特開昭53−82286号公報および特
開昭57−78378号公報に記載のものがある。これ
らの回転型アクチ風エータは被駆動体に接触による駆動
力を与えるために、一種の縦ひずみ効果もしくは横ひず
み効果のひずみ形態を有する圧電体を直交する方向に配
置し、2個の圧電体の各ひずみ形態全合成して周回運動
をもつ動力伝達部を構成するために、前記2個の圧電体
を柔構造体で結合する構成となっている。
This piezoelectric element exhibits a so-called piezoelectric effect, which causes distortion when a voltage is applied to it, and has been known for a long time. Examples of rotary actuators using this piezoelectric element are those described in JP-A-53-82286 and JP-A-57-78378. These rotary actuator actuators have two piezoelectric bodies arranged in perpendicular directions, each having a type of longitudinal strain effect or transverse strain effect, in order to apply driving force to the driven object through contact. The two piezoelectric bodies are connected by a flexible structure in order to construct a power transmission section having orbital motion by fully synthesizing each strain form.

この種の圧電素子を用いた回転型アクチュエータを、前
述した低速、高トルクを必要とする駆動部に適用する場
合に、柔構造体の動力伝達部を有しているために、その
駆動部に高トルクを高効率に伝達し得ないのが現状であ
る。
When a rotary actuator using this type of piezoelectric element is applied to the drive section that requires low speed and high torque as described above, since it has a power transmission section of a flexible structure, the drive section Currently, high torque cannot be transmitted with high efficiency.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明は上述の事柄にもとづいてなされたもので、駆動
力を高効率で伝達することができる回転型アクチュエー
タを提供することを目的とする。
The present invention was made based on the above-mentioned matters, and an object of the present invention is to provide a rotary actuator that can transmit driving force with high efficiency.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明の特徴とするところは、回転力を出力する回転型
アクチュエータにおいて、筒体と、この。
The present invention is characterized in that a rotary actuator that outputs rotational force includes a cylindrical body;

筒体内に回転可能に支持された軸体と、前記筒体と軸体
とのいずれか一方に、縦効果もしくは横効果とせん断効
果とのひずみによシ周回運動軌跡を生じる移動部を有す
る圧電体と、この圧電体に交流電源を供給する電源手段
とを備え、前記圧電体の周回運動軌跡を生じる移動部に
よって、前記筒体と軸体とのいずれか他方の回転部材を
回転せしめるようにしたものである。
A piezoelectric device having a shaft rotatably supported within a cylinder, and a moving part that generates a circumferential motion locus due to strain caused by a longitudinal effect, a transverse effect, and a shear effect, on either the cylinder or the shaft. and a power supply means for supplying alternating current power to the piezoelectric body, and the rotating member of the other of the cylindrical body and the shaft body is rotated by a moving part that generates a circular movement locus of the piezoelectric body. This is what I did.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図および第2図は本発明の回転型アクチュエータの
一実施例を示すもので、これらの図において1はケーシ
ング、2は軸受3によってケーシング1に回転可能に支
持された軸体である。1は周回接動軌跡Bを描く移動部
4Aを備える圧電体である。この圧電体4は第2図に示
すようにその移動部4Aがケーシング1の内面に対して
間隙を有するように軸体2の回りに間隔をもって軸体2
に複数個(この例では6個)固定されている。また、こ
の実施例では第1図に示すように1つの軸方向位置で円
周方向に6個設けた圧電体群を、軸方向に2段配列して
いる。
FIGS. 1 and 2 show an embodiment of the rotary actuator of the present invention. In these figures, 1 is a casing, and 2 is a shaft rotatably supported by the casing 1 by a bearing 3. FIG. Reference numeral 1 denotes a piezoelectric body including a moving part 4A that draws a circular contact locus B. As shown in FIG.
A plurality of numbers (six in this example) are fixed. Further, in this embodiment, as shown in FIG. 1, a group of six piezoelectric bodies provided in the circumferential direction at one axial position is arranged in two stages in the axial direction.

前述した圧電体4の一実施例の詳細構成を第3図〜第6
図によって説明する。
The detailed structure of one embodiment of the piezoelectric body 4 described above is shown in FIGS. 3 to 6.
This will be explained using figures.

圧電体4はこの例では直方体形状に形成されている。こ
の圧電体4は例えばチタン酸ジルコン酸鉛(Pb (Z
r、 Tl0a ) (略称PZT)で構成されている
。また、この圧電体4は矢印Aで示すように分極処理さ
れている。この分極処理は事前に行ってもよいし、また
圧電体4の組付は後に行なうことも可能である。この圧
電体4の分極Aと直角な対向表面および分極Aと平行な
対向表面には、それぞれ対の電極5A、5Bおよび6A
、6Bが設けられている。これらの対の電極5A、5B
および6A、6Bは軸体2に設けられるスリップリング
(図示せず)を通してそれぞれ電源7,8に接続してい
る。前述した電極5A、5Bおよび6A、6Bには例え
ば電極板、蒸着された電極などが用いられる。そして電
極!5A、5B、6A。
In this example, the piezoelectric body 4 is formed into a rectangular parallelepiped shape. This piezoelectric body 4 is made of, for example, lead zirconate titanate (Pb (Z
r, Tl0a) (abbreviated as PZT). Furthermore, this piezoelectric body 4 is polarized as shown by arrow A. This polarization treatment may be performed in advance, or the piezoelectric body 4 may be assembled later. Pairs of electrodes 5A, 5B and 6A are provided on the opposing surface perpendicular to the polarization A and the opposing surface parallel to the polarization A of the piezoelectric body 4, respectively.
, 6B are provided. These pairs of electrodes 5A, 5B
and 6A, 6B are connected to power sources 7, 8, respectively, through slip rings (not shown) provided on the shaft body 2. For the electrodes 5A, 5B and 6A, 6B described above, for example, an electrode plate, a vapor-deposited electrode, or the like is used. And electrodes! 5A, 5B, 6A.

6Bは電極間の絶縁性を確保するために、圧電体4の各
対向表面の全面に設けるのではなく、隣接する表面の角
部から微小距離離れたところまで設けることが望ましい
。前述のように電極5A。
In order to ensure insulation between the electrodes, it is preferable to provide the electrodes 6B not over the entire surface of each opposing surface of the piezoelectric body 4, but at a very small distance from the corner of the adjacent surface. Electrode 5A as described above.

5B、6A、6Bを備えた圧電体2は電極5B。The piezoelectric body 2 including 5B, 6A, and 6B is an electrode 5B.

固定板9を介して軸体2に固定されている。固定板9は
例えばアルミナセラミックス等の電気絶縁材料で構成さ
れている。圧電体4の電極5八部分は、ケーシングlの
内面に接触して軸体2に回転駆動力を与える移動部とな
るので、この部分の摩耗を防ぐために耐摩耗部材10が
設けられている。
It is fixed to the shaft body 2 via a fixing plate 9. The fixed plate 9 is made of an electrically insulating material such as alumina ceramics. Since the electrode 58 portion of the piezoelectric body 4 becomes a moving portion that contacts the inner surface of the casing l and applies rotational driving force to the shaft body 2, a wear-resistant member 10 is provided to prevent wear of this portion.

この部材10の取付けは必須のものではない。この部材
10は例えばアルミナセラミックス等の電気絶縁材料で
構成することがよい。前述した電源7.8は例えば正弦
波、矩形波、三角波、台形波等の任意周波数の任意波形
の交流電圧を出力することができる。この交流電圧の周
波数、波形を変えることにより、移動部4Aの周回移動
軌跡Bを種々の形状に変えることができる。侠言するな
らば、回転数を制御する゛ことができる。
Attachment of this member 10 is not essential. This member 10 is preferably made of an electrically insulating material such as alumina ceramics. The power source 7.8 described above can output an alternating current voltage with an arbitrary waveform of an arbitrary frequency such as a sine wave, a rectangular wave, a triangular wave, a trapezoidal wave, etc., for example. By changing the frequency and waveform of this alternating current voltage, the circular movement locus B of the moving section 4A can be changed into various shapes. In other words, you can control the rotation speed.

次に上述した本発明の回転型アクチュエータの一実施例
の動作を説明する。
Next, the operation of one embodiment of the above-mentioned rotary actuator of the present invention will be described.

いま、電源7によって正弦波の電圧を電極5入。Now, apply a sine wave voltage to the 5 electrodes using the power supply 7.

5Bに印加すると、圧′成体4は第5図の2点鎖線で示
すように分極A方向と同方向(所謂縦ひずみ効果)の振
動モードを生じる。また、電源8によって正弦波の電圧
を電極6A、6Bに印°加すると、圧電体4は第6図の
2点鎖線で示すように分極Aと直交方向(所謂せん断ひ
ずみ効果)の振動モードを生じる。このため、電源7,
8から等周波数で90度位相差を有する正弦波の電圧?
、それぞれ電極5A、5Bおよび電極6A、6Bに印加
すると、圧電体4の移動部4Aは圧電体4の縦ひずみ効
果とせん断ひずみ効果との合成にょシ第2図および第3
図に示すように直交座標系のX、z軸の面内で矢印Bで
示すだ円の周回軌跡を描く。そして、移動部4Aはだ円
の周回軌跡運動の上部でケーシング1の内面に接触し回
転駆動力を生じる。
5B, the compressed body 4 generates a vibration mode in the same direction as the polarization A direction (so-called longitudinal strain effect), as shown by the two-dot chain line in FIG. Furthermore, when a sinusoidal voltage is applied to the electrodes 6A and 6B by the power source 8, the piezoelectric body 4 exhibits a vibration mode in a direction perpendicular to the polarization A (so-called shear strain effect), as shown by the two-dot chain line in FIG. arise. For this reason, the power supply 7,
Sine wave voltage with equal frequency and 90 degree phase difference from 8?
, respectively, to the electrodes 5A, 5B and the electrodes 6A, 6B, the moving part 4A of the piezoelectric body 4 undergoes a synthesis of the longitudinal strain effect and the shear strain effect of the piezoelectric body 4.
As shown in the figure, an elliptical orbit indicated by arrow B is drawn in the plane of the X and Z axes of the orthogonal coordinate system. Then, the moving part 4A contacts the inner surface of the casing 1 at the upper part of the elliptical orbital movement and generates a rotational driving force.

このとき、ケーシングlが固定保持されていれば、軸体
2は第2図において右回シに回転する。またこれとは逆
に、軸体2が固定保持されていれば、。
At this time, if the casing l is held fixed, the shaft body 2 will rotate clockwise in FIG. Conversely, if the shaft body 2 is held fixed.

ケーシング1は第2図において左回シに回転する。The casing 1 rotates counterclockwise in FIG.

また、電源7,8からの電圧の位相を上述とは逆 ′向
きにすれば、軸体2もしくはケーシング1を前述とは逆
方向に回転させることができる。さらに圧電体4自体の
周回移動軌跡運動を軸体2もしくはケーシング1に直接
的に伝えるので、駆動力を高効率で伝えることができる
Furthermore, by setting the phases of the voltages from the power sources 7 and 8 in the opposite direction to that described above, the shaft body 2 or the casing 1 can be rotated in the opposite direction to that described above. Furthermore, since the orbital movement of the piezoelectric body 4 itself is directly transmitted to the shaft body 2 or the casing 1, the driving force can be transmitted with high efficiency.

なお、上述の一実施例においては、圧電体4に縦ひずみ
効果とせん断ひずみ効果を与えて、これらの合成によシ
その移動部4Aに周回軌跡運動を与えたが、第7図に示
すように圧電体40分極Aの方向が横向きとなるように
圧電体4を固定板9に取付けて、圧電体4に横ひずみ効
果とせん断ひずみ効果とを与えてその移動部4Aに周回
移動軌跡Bを描くようにすることも可能である。さらに
これらの圧電体4を積層したものを用いることも可能で
ある。この場合には大きな回転駆動力を得ることができ
る。また、上述の例は各圧電体4に縦ひずみ効果もしく
は横ひずみ効果とせん断ひずみ効果とを与えるように構
成したが、第8図に示すように縦ひずみ効果もしくは横
ひずみ効果を生じる圧電体4Bとせん断ひずみ効果を生
じる圧電体4Cとを積層して構成することも可能である
In the above-mentioned embodiment, the longitudinal strain effect and the shear strain effect are applied to the piezoelectric body 4, and by combining these effects, the movable portion 4A is given circular locus motion, but as shown in FIG. The piezoelectric body 4 is attached to the fixed plate 9 so that the direction of polarization A of the piezoelectric body 40 is lateral, and a transverse strain effect and a shear strain effect are applied to the piezoelectric body 4, so that the movable part 4A has a circular movement locus B. It is also possible to draw it. Furthermore, it is also possible to use a stack of these piezoelectric bodies 4. In this case, a large rotational driving force can be obtained. Further, in the above example, each piezoelectric body 4 is configured to have a longitudinal strain effect, a transverse strain effect, and a shear strain effect, but as shown in FIG. It is also possible to laminate the piezoelectric material 4C and the piezoelectric material 4C that produces a shear strain effect.

これらの圧電体4B、4cをユニットとして複数積層す
ることも可能である。
It is also possible to stack a plurality of these piezoelectric bodies 4B and 4c as a unit.

第1図および第2図に示した本発明の回転型アクチュエ
ータの一実施例を相対的に回転する2部材L1.L2の
駆動部に適用した例を第9図に示す。この図において第
1図および第2図と同符号のものは同一部分である。こ
の例は第1図に示す本発明の回転型アクチュエータの一
実施例における軸体4を一方の部材L1に固定し、ケー
シング1を他方の部材L2に固定したものである。この
ように構成することによシ、圧電体4は周回移動軌跡を
描く移動部4Aがケーシング1の内面に接触シテケーシ
ング1に駆動力を与える。このため、他方の部材L2は
一方の部材L1に対して駆動される。この例によれば、
本発明の回転型アクチュエータを、部材L1.L20゛
連結部に内蔵することができるので、駆動部の構造を簡
潔にすることができる。また、圧電体4はその移動部が
直接ケーシング1に接81!してこれを駆動するので、
駆動力を高効率で伝達することができる。さらに軸体の
回りに設けた複数個の圧電体のユニットを、軸方向に沿
って複数組設けることによシ、大きな駆動力出力するこ
とができる。
An embodiment of the rotary actuator of the present invention shown in FIGS. 1 and 2 includes two members L1. FIG. 9 shows an example in which the present invention is applied to the drive section of L2. In this figure, parts with the same reference numerals as in FIGS. 1 and 2 are the same parts. In this example, the shaft body 4 of the embodiment of the rotary actuator of the present invention shown in FIG. 1 is fixed to one member L1, and the casing 1 is fixed to the other member L2. With this configuration, the piezoelectric body 4 has a movable portion 4A drawing a circular movement locus, which contacts the inner surface of the casing 1 and applies a driving force to the casing 1. Therefore, the other member L2 is driven relative to the one member L1. According to this example:
The rotary actuator of the present invention is connected to member L1. Since it can be built into the L20 connection part, the structure of the drive part can be simplified. Moreover, the moving part of the piezoelectric body 4 is in direct contact with the casing 1 81! and drive this with
Driving force can be transmitted with high efficiency. Furthermore, a large driving force can be output by providing a plurality of piezoelectric units around the shaft along the axial direction.

第10図および第11図は本発明の回転型アクチュエー
タの他の実施例を示すもので、この実施例は圧電体4の
移動部4Aが軸体2の外周面に対して間隙をもつように
、複数個の圧電体4を軸回シに沿ってケーシング1の内
面に固定したものである。この実施例では第1図に示す
実施例と同様な作用、効果を発揮することができる。こ
の第10図に示す本発明の回転型アクチュエータの他の
実施例を、相対的に回転する2部材Lr 、 L2の駆
動部に適用した例を第12図に示す。この例においては
、第9図に示す適用例と同様な作用、効果を発揮するこ
とができる。
10 and 11 show another embodiment of the rotary actuator of the present invention, in which the moving part 4A of the piezoelectric body 4 has a gap with the outer peripheral surface of the shaft body 2. , a plurality of piezoelectric bodies 4 are fixed to the inner surface of the casing 1 along the shaft rotation. This embodiment can exhibit the same functions and effects as the embodiment shown in FIG. FIG. 12 shows an example in which another embodiment of the rotary actuator of the present invention shown in FIG. 10 is applied to a driving section of two relatively rotating members Lr and L2. In this example, the same operation and effect as the application example shown in FIG. 9 can be achieved.

第13図〜第15図は本発明の回転型アクチュエータの
さらに他の実施例を示すもので、この実施例は挿入体1
1を介在させた2つの円板状の弾性部材12を、軸体2
にその軸線と直交するように設け、その一方の弾性部材
12の面にディスク13を設け、このディスク13に対
向するケーシング内面に、周回軌跡運動を生起する移動
部4Aを有する圧電体4を複数個設けて構成さiている
FIGS. 13 to 15 show still another embodiment of the rotary actuator of the present invention, and this embodiment shows an insert body 1
1 between two disc-shaped elastic members 12, and the shaft body 2
A disk 13 is provided on one surface of the elastic member 12, and a plurality of piezoelectric bodies 4 each having a moving part 4A that generates a circumferential locus movement are provided on the inner surface of the casing facing the disk 13. It is composed of three parts.

この例では圧電体4は第14図に示すように8個配置さ
れている。
In this example, eight piezoelectric bodies 4 are arranged as shown in FIG.

この第13図に示す本発明の回転型アクチュエータのさ
らに他の実施例に、圧電体4の周回移動軌跡を描く移動
部4Aが第16図に示すようにディスク13に接触し駆
動力を伝える。このとき、ケーシング1を固定保持して
おけば、軸体2を回転させることができ、これとは逆に
軸体2を固定保持しておけば、ケーシング1を回転させ
ることができる。この実施例によれば、前述した第1図
および第10図に示す実施例と同様な効果を発揮するこ
とができると共に、軸体2の軸方向寸法を小さくするこ
とができる。
In still another embodiment of the rotary actuator of the present invention shown in FIG. 13, a moving portion 4A that draws a circular movement locus of the piezoelectric body 4 comes into contact with the disk 13 to transmit a driving force as shown in FIG. 16. At this time, if the casing 1 is held fixed, the shaft body 2 can be rotated, and conversely, if the shaft body 2 is held fixed, the casing 1 can be rotated. According to this embodiment, the same effects as the embodiments shown in FIGS. 1 and 10 described above can be achieved, and the axial dimension of the shaft body 2 can be reduced.

この第13図に示す本発明の回転型アクテユエ。The rotary actuator of the present invention shown in FIG. 13.

−タのさらi他の実施例を、相対的に回転する2部材L
l、Lmの連結部に適用した例を第17図に示す。
- In another embodiment, two members L that rotate relative to each other.
FIG. 17 shows an example in which this method is applied to the connecting portion of L and Lm.

第18図は本発明の回転型アクチュエータの他の実施例
を示すもので、この実施例は第13図に示す実施例との
比較において、ディスク13をケーシング1の内面に固
定し、このディスク13に対向する一方の弾性部材12
に圧電体4を複数個設けたものである。このように構成
したことにょシ、第19図に示すように圧電体4の移動
部4Aはその周回移動軌跡によシディスク13に接触し
駆動力を伝達する。このとき、ケーシングを固定保持し
ておけば、軸体2を回転させることができ、これとは逆
に軸体2を固定保持しておけば、ケーシング2を回転さ
せることができる。この実施例によれば、第13図に示
す実施例と同様な効果を発揮することができる。この実
施例を相対的、に回転する2部#、Lx 、Lxの連結
部に適用した例を第20図に示す。
FIG. 18 shows another embodiment of the rotary actuator of the present invention, and in comparison with the embodiment shown in FIG. 13, this embodiment has a disk 13 fixed to the inner surface of the casing 1. One elastic member 12 facing
A plurality of piezoelectric bodies 4 are provided. With this configuration, as shown in FIG. 19, the moving portion 4A of the piezoelectric body 4 comes into contact with the disk 13 along its circular movement locus and transmits a driving force. At this time, if the casing is held fixed, the shaft body 2 can be rotated, and conversely, if the shaft body 2 is held fixed, the casing 2 can be rotated. According to this embodiment, the same effects as the embodiment shown in FIG. 13 can be achieved. FIG. 20 shows an example in which this embodiment is applied to a connecting portion of two parts #, Lx, and Lx that rotate relatively.

第21図は本発明の回転型アクチュエータのさらに他の
実施例を示すもので、この実施例は弾性部材12の両側
面にそれぞれディスク13を設け、これらのディスク1
3に対向するケーシング1の内面に、周回軌跡運動を生
起する移動部4Aを有する圧電体4を複数個設けて構成
されている。このように構成したことにより、第22図
に示すように弾性部材12の両側面のディスク13には
それぞれ圧電体4の移動部4Aが接触し駆動力が伝達さ
れる。このとき、ケーシング1を固定保持しておけば、
軸体2を回転させることができる。これとは逆に軸体2
を固定保持しておけば、ケーシング1を回転させること
ができる。この実施例によれば、第13図および第18
図に示す実施例に比べて伝達トルクを2倍に増加させる
ことができる。
FIG. 21 shows still another embodiment of the rotary actuator of the present invention. In this embodiment, disks 13 are provided on both sides of the elastic member 12, and these disks 1
On the inner surface of the casing 1 facing the piezoelectric body 3, a plurality of piezoelectric bodies 4 each having a moving part 4A that generates a circular locus movement are provided. With this configuration, as shown in FIG. 22, the movable portions 4A of the piezoelectric body 4 come into contact with the disks 13 on both sides of the elastic member 12, and driving force is transmitted. At this time, if the casing 1 is held fixed,
The shaft body 2 can be rotated. On the contrary, shaft body 2
If it is held fixed, the casing 1 can be rotated. According to this embodiment, FIGS.
The transmitted torque can be doubled compared to the embodiment shown in the figure.

この第21図に示す実施例を相対的に回転する2部材L
1.L2の連結部に適用した例を第23図に示す。
Two members L that relatively rotate the embodiment shown in FIG.
1. FIG. 23 shows an example in which this method is applied to the connecting portion of L2.

第24図は本発明の回転癒アクチュエータの他の実施例
を示すもので、この実施例は第21図に示す実施例との
比較において、ディスク13と圧電体4との取付けを変
えたものである。このように構成したことによシ、第2
1図に示す実施例と同様な効果を発揮することができる
。またこの実施例を相対的に回転する2部材L1.Lz
の連結部に適用した例を第25図に示す。
FIG. 24 shows another embodiment of the rotary healing actuator of the present invention, and this embodiment differs from the embodiment shown in FIG. 21 in that the mounting of the disk 13 and the piezoelectric body 4 is different. be. Due to this configuration, the second
The same effects as the embodiment shown in FIG. 1 can be achieved. In addition, in this embodiment, two members L1. Lz
FIG. 25 shows an example in which this method is applied to a connecting portion.

なお、上述した本発明の実施例において、圧電体4の移
動部4Aおよびこれに対向する部分の摩 □擦係数を大
きくすれば、滑シが生ぜず、さらに駆動力を高効率に伝
達することができる。
In addition, in the above-described embodiment of the present invention, if the friction coefficient of the moving part 4A of the piezoelectric body 4 and the part facing it is increased, slippage will not occur and the driving force can be transmitted with high efficiency. I can do it.

次に第13図に示す実施例の回転型アクチュエータにお
いて得られる回転速度について述べる。
Next, the rotational speed obtained in the rotary actuator of the embodiment shown in FIG. 13 will be described.

圧電体4としては1つの圧電体で縦ひずみ効果とせん断
ひずみ効果とを生起するものを用いる。そして圧電体4
を長さtが2■角の4角柱とし、この圧電体4をディス
ク13と平行な面に沿って積層する層数Nmを15、デ
ィスク13に直角な方向に沿って積層する層数NAを1
5とする。この圧電体4の縦ひずみ効果による圧電定数
VAを600X 1 o−12(m/V)とし、セン断
ヒスミ効果による圧電定数Vsを900X10−12(
m/V)とし、印加電圧■を500vとすると、積層さ
れた圧電体の移動部のディスク方向の変位量DAはDA
 =VA X V X NA =4.5μm ・・・・・・(1) となる。また、印加電圧■を40Vとしそディスクを円
周方向に駆動する1ステツプ当シの変位量D!lは DB=VカX V X N m =0.54μm ・・団・(2) となる。そして、積層された圧電体ユニットが円周方向
に12個配置し、これらの圧電体ユニットを2組に分け
、180度の位相差で駆動する。圧電体の移動部は1サ
イクルでディスク13を2回接触駆動する。また、圧電
体ユニットを軸体2の中心から半径方向に20mの位置
に配置し、印加電圧■の周波数を20KH2とすると、
ディスクの回転周速Uは次のようになる。・ =0.0216 (m/S ) −=−<3)次に回転
数Nは次のようになる。
As the piezoelectric body 4, a single piezoelectric body capable of producing a longitudinal strain effect and a shear strain effect is used. and piezoelectric body 4
is a square prism with a length t of 2 squares, the number Nm of layers of this piezoelectric body 4 laminated along a plane parallel to the disk 13 is 15, and the number NA of layers laminated along a direction perpendicular to the disk 13 is 1
5. The piezoelectric constant VA due to the longitudinal strain effect of this piezoelectric body 4 is set to 600X 1 o-12 (m/V), and the piezoelectric constant Vs due to the shear hismi effect is 900X10-12 (m/V).
m/V) and the applied voltage (■) is 500V, the displacement DA of the moving part of the laminated piezoelectric body in the disk direction is DA
=VA X V X NA =4.5 μm (1). Also, when the applied voltage () is set to 40 V, the amount of displacement D per one step of driving the disk in the circumferential direction is D! l is DB=VpowerXVXNm=0.54μm...(2). Twelve stacked piezoelectric units are arranged in the circumferential direction, and these piezoelectric units are divided into two sets and driven with a phase difference of 180 degrees. The piezoelectric moving part contacts and drives the disk 13 twice in one cycle. Further, if the piezoelectric body unit is placed at a position 20 m in the radial direction from the center of the shaft body 2, and the frequency of the applied voltage ■ is 20 KH2,
The rotational circumferential speed U of the disk is as follows.・=0.0216 (m/S) -=-<3) Next, the rotation speed N is as follows.

= 10.3 rpm ・・・・・・(4)〔発明の効
果〕 以上述べたように、本発明によれば、回転駆動力を高効
率で出力し得る回転型アクチュエータを提供することが
できる。
= 10.3 rpm (4) [Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, it is possible to provide a rotary actuator that can output rotational driving force with high efficiency. .

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の回転型アクチュエータの一実施例を示
す縦断面図、第2図は第1図の■−■矢視断面図、第3
図は本発明のアクチュエータに用いられる圧電体の一例
の構成を示す側面図、第4図はその斜視図、第5図およ
び第6図はその動作説明図、第7図は本発明に用いられ
る圧電体の他の例の構成を示す斜視図、第8図は本発明
に用いられる圧電体のさらに他の例の構成を示す側面図
、4第9図は第1図に示す本発明の回転型アクチュエー
タの一実施例の適用例を示す断面図、第1θ図は本発明
の回転型アクチュエータの他の実施例を示す縦断面図、
第11図は第10図のXl−XI矢視断面図、第12図
は第10図に示すアクチュエータの適用例を示す断面図
、第13図は本発明の回転型アクチュエータのさらに他
の実施例を示す縦断面図、第14図は第13図のW−■
矢視断面図、第15図は第13図のff−XV矢視断面
図、第16図は第13図に示すアクチュエータの動作を
説明する図、第17図は第13図に示すアクチュエータ
の適用例を示す断面図、第18図は本発明の回転をアク
チュエータの他の実施例を示す縦断面図、第19図はそ
の動作説明図、第20図は第18図に示すアクチュエー
タの適用例を示す断面図、第21図は本発明の回転型ア
クチュエータのさらに他の実施例を示す縦断面図、第2
2図はその動作説明図、第23図はその適用例を示す断
面図、第24図は本発明の回転型アクチュエータの他の
実施例を示す縦断面図、第25図はその動作説明図、第
26%その適用例を示す断面図であ八 る。 1・・・ケーシング、2・・・軸体、3・・・軸受、4
.4B。 4C・・・圧電体、5A、5B、6A、6B・・・電極
、7.8・・・電源。 代理人 弁理士 高橋明夫 r q 図 χlθ図 第11図 % 12 図 z 4 1 酬 / y rJ図 習 1f −’ T−〜 1 7iA。 上 が ニ %/7図 fJ、tg図 茅 2θ 1図 不21図 冨 22 図 ′″’y5 Z、3 図 ■ 74 ロ 不 26 口
FIG. 1 is a longitudinal cross-sectional view showing one embodiment of the rotary actuator of the present invention, FIG.
The figure is a side view showing the configuration of an example of a piezoelectric body used in the actuator of the present invention, Figure 4 is a perspective view thereof, Figures 5 and 6 are illustrations of its operation, and Figure 7 is a piezoelectric body used in the present invention. FIG. 8 is a perspective view showing the configuration of another example of the piezoelectric body used in the present invention, and FIG. 9 is a perspective view showing the configuration of still another example of the piezoelectric body used in the present invention. A sectional view showing an application example of one embodiment of the rotary type actuator, FIG. 1θ is a longitudinal sectional view showing another embodiment of the rotary type actuator of the present invention,
11 is a sectional view taken along the line Xl-XI in FIG. 10, FIG. 12 is a sectional view showing an application example of the actuator shown in FIG. 10, and FIG. 13 is a further embodiment of the rotary actuator of the present invention. Fig. 14 is a vertical cross-sectional view showing the W-■ of Fig. 13.
15 is a sectional view taken along the ff-XV arrow in FIG. 13, FIG. 16 is a diagram explaining the operation of the actuator shown in FIG. 13, and FIG. 17 is an application of the actuator shown in FIG. 13. 18 is a longitudinal sectional view showing another embodiment of the rotation actuator of the present invention, FIG. 19 is an explanatory diagram of its operation, and FIG. 20 is an example of application of the actuator shown in FIG. 18. FIG. 21 is a longitudinal sectional view showing still another embodiment of the rotary actuator of the present invention.
2 is an explanatory diagram of its operation, FIG. 23 is a sectional view showing an example of its application, FIG. 24 is a longitudinal sectional view showing another embodiment of the rotary actuator of the present invention, and FIG. 25 is an explanatory diagram of its operation, 26 is a sectional view showing an example of its application. 1...Casing, 2...Shaft body, 3...Bearing, 4
.. 4B. 4C...piezoelectric body, 5A, 5B, 6A, 6B...electrode, 7.8...power supply. Agent Patent Attorney Akio Takahashi r q Figure χlθ Figure 11% 12 Figure z 4 1 Compensation/y rJ Tutorial 1f -' T- ~ 1 7iA. The top is 2%/7 Figure fJ, tg Figure 2θ 1 Figure not 21 Figure 22 Figure''''y5 Z, 3 Figure ■ 74 Rofu 26 Mouth

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、回転力を出力する回転型アクチュエータにおいて、
筒体と、この筒体内に回転可能に支持された軸体と、前
記筒体と軸体とのいずれか一方に、縦効果もしくは横効
果とせん断効果とのひずみによシ周回運動軌跡を生じる
移動部を有する圧電体と、この圧電体に交流電源を供給
する電源手段とを備え、前記圧電体の周回運動軌跡を生
じる移動部によって、前記筒体と軸体とのいずれか他方
の回転部材を回転せしめることt%徴とする回転型アク
チュエータ。 2、特許請求の範囲第1項記載の回転型アクチュエータ
において、前記圧電体はその移動部がケーシングの内面
に対して間隙金持って軸体の回りに複数個軸体に設けた
ことを特徴とする回転型アクチュエータ。 3、特許請求の範囲第1項記載の回転型アクチュエータ
において、前記圧電体はその移動部が軸体の外周面に対
して間隙ヲ4つようにケーシングの内面に複数個設けた
ことを特徴とする回転型アクチュエータ。 4 特許請求の範囲第2項または第3項記載の゛回転製
アクチュエータにおいて、前記複数個の圧電体は軸体の
軸線方向に複数組設けたことを特徴とする回転型アクチ
ュエータ。 5、特許請求の範囲第1項記載の回転型アクチュエータ
において、前記軸体に円板体を設け、この円板体のいず
れか一方の側面に圧電体の移動部が対向するように圧電
体をケーシングに固定したことを特徴とする回転型アク
チュエータ。 6、%許請求の範囲第1項記載の回転製アクチュエータ
において、前記軸体に円板体を設け、圧電体の移動部が
ケーシングの内面に対向するように、圧電体を前記円板
体のいずれか一方の側面に固定したことを特徴とする回
転型アクチュエータ。 7、特許請求の範囲第2項〜第6項のいずれかに記載の
回転型アクチュエータにおいて、前記圧電体は縦ひずみ
効果とせん断ひずみ効果との合成によシ、その移動部が
周回運動軌跡を描くことを特徴とする回転型アクチュエ
ータ。 8、特許請求の範囲第2項〜第6項のいずれかに記載の
回転型アクチュエータにおいて、前記圧電体は横ひずみ
効果とせん断ひずみ効果との合成によシ、その移動部が
周回運動軌跡を描くことを特徴とする回転型アクチュエ
ータ。 9、特許請求の範囲第2項〜第6項のいずれかに記載の
回転型アクチュエータにおいて、前記圧電体は縦ひずみ
効果を生起する圧電体とせん断ひずみ効果を生起する圧
電体とを積層して構成し、その移動部が周回運動軌跡を
描くことを特徴とする回転型アクチュエータ。 10、特許請求の範囲第2項〜第6項のいずれかに記載
の回転型アクチュエータにおいて、前記圧電体は横ひず
み効果を生起する圧電体とせん断ひずみ効果を生起する
圧電体とを積層して構成し、その移動部が周回運動軌跡
を描くことを特徴とする回転型アクチュエータ。
[Claims] 1. In a rotary actuator that outputs rotational force,
A cylindrical body, a shaft body rotatably supported within the cylindrical body, and a circumferential motion locus caused by strain due to longitudinal or transverse effects and shear effects in either the cylinder body or the shaft body. The piezoelectric body includes a piezoelectric body having a moving part, and a power supply means for supplying alternating current power to the piezoelectric body, and the rotating member of either the cylinder body or the shaft body is rotated by the moving part that generates a circular motion locus of the piezoelectric body. A rotary actuator that rotates by t%. 2. The rotary actuator according to claim 1, wherein a plurality of the piezoelectric bodies are provided around the shaft body so that the moving portion thereof has a gap with respect to the inner surface of the casing. rotary actuator. 3. The rotary actuator according to claim 1, wherein a plurality of the piezoelectric bodies are provided on the inner surface of the casing so that the moving parts thereof are four spaces apart from the outer peripheral surface of the shaft body. rotary actuator. 4. The rotary actuator according to claim 2 or 3, wherein the plurality of piezoelectric bodies are provided in plural sets in the axial direction of the shaft body. 5. In the rotary actuator according to claim 1, a disc body is provided on the shaft body, and a piezoelectric body is mounted on one side of the disc body so that a moving part of the piezoelectric body faces. A rotary actuator characterized by being fixed to a casing. 6.% Allowance In the rotary actuator according to claim 1, the shaft body is provided with a disc body, and the piezoelectric body is attached to the disc body so that the moving part of the piezoelectric body faces the inner surface of the casing. A rotary actuator characterized by being fixed to either side. 7. In the rotary actuator according to any one of claims 2 to 6, the piezoelectric body causes the moving part to follow a circular motion trajectory by combining a longitudinal strain effect and a shear strain effect. A rotary actuator that features drawing. 8. In the rotary actuator according to any one of claims 2 to 6, the piezoelectric body has a movable portion that follows a circular motion trajectory due to the combination of a transverse strain effect and a shear strain effect. A rotary actuator that features drawing. 9. In the rotary actuator according to any one of claims 2 to 6, the piezoelectric body is formed by laminating a piezoelectric body that causes a longitudinal strain effect and a piezoelectric body that causes a shear strain effect. A rotary actuator characterized in that the moving part thereof draws a circular motion locus. 10. In the rotary actuator according to any one of claims 2 to 6, the piezoelectric body is formed by laminating a piezoelectric body that causes a transverse strain effect and a piezoelectric body that causes a shear strain effect. A rotary actuator characterized in that the moving part thereof draws a circular motion locus.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH0272688U (en) * 1988-11-18 1990-06-04
JPH0272689U (en) * 1988-11-18 1990-06-04
US4987334A (en) * 1989-08-15 1991-01-22 Northrop Corporation Piezoelectric dither motor
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JP2013255958A (en) * 2012-06-12 2013-12-26 Seiko Epson Corp Robot hand and robot

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