JPS60229681A

JPS60229681A - ステツピングモ−タ

Info

Publication number: JPS60229681A
Application number: JP59087068A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Sugimoto; 久杉本
Original assignee: Asahi Okuma Industrial Co Ltd
Current assignee: Asahi Sunac Corp
Priority date: 1984-04-27
Filing date: 1984-04-27
Publication date: 1985-11-15
Anticipated expiration: 2009-05-18
Also published as: JPH0638715B2

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】発明の目的本発明は、ロータを一定角度ずつ回転させるようにした
ステッピングモータに関する。

従来のステッピングモータとしては、例えば、ロータの
外周に複数個の鉄片を一定ピッチで設けるとともに、ス
テータの内周に、Ｉ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に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って、ロー
タを一定角度ずつ回転させるようにしたものが知られて
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ッピングモータでは、磁極と鉄片と
が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のが困難であって、確動性に欠
ける不具合があった。

本発明は、叙上の点に鑑み完成されたものであって、ロ
ータを一定角度ずつ確実に回転させることができる新規
な構造のステッ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
。

第１図及び第２図において、】は中心孔２を有し、かつ
、外周面の全長にわたって４５度の間隔で８個の膨出部
３を放射状に突設した断面星形をなす筒状のボディであ
って、一対の脚５．５に水平姿勢で取り付けられており
、ボディ１の中心孔２内には、外周面を楕円形に形成し
た筒形のロータ６が、一端に突設した出力軸７をボディ
１の外部に突出させて同心に嵌装され、ベアリング８及
び９を介して水平軸周りの回転自由に支持されており、
このロークロの外周面の中央部及び両端部に１夫々ロー
タ６に固定される内輪１１と可撓性を有する合成樹脂製
の外輪１２との間に多数のボール１３を介装してなるベ
アリング１０が嵌着され、さらにその外周に１可撓性を
有する金属薄板からなる環体１５がロータ６の全長にわ
たって嵌装されている。

ボディ１の各膨出部３の内周面には、夫々ロータ６の回
転中心を向いた案内溝１７が全長にわたって穿設され、
各案内溝１７には、前記した環体１５の外周面に係合可
能な押圧体１８が、摩擦係数の小さい滑り板１９．２０
を介して、ロータ６の回転中心方向の進退自由忙嵌装さ
れており、各押圧体１８の下面には、押圧体１８を駆動
するための伸縮可能な一対のアクチュエータ３０，３０
が、互いに逆向きの斜め姿勢で装置されており、押圧体
１８の両端部に支持部２２．２２が斜めに向き合うよう
にして突設され、夫々の対応面に先細の支持孔２３．２
３が穿設されているとともに、案内溝１７の底部に固定
された固定体２４の両端部に、支持部２５．２５が上記
支持部２２．２２とは逆の斜めに向き合うようにして突
設され、人々の対応面に先細の支持孔２６．２６が穿設
されていて、前記一対のアクチュエータ３０．３０は、
その先細の固定子４１が固定体２４の支持孔２６に、同
じく先細の作動子４８が押圧体１８の支持孔２３に嵌め
られており、また、各押圧体１８の両端には、各押圧体
１８に形成された押圧部２７に内接するようにして、押
圧体１８の復帰用の弾力性に優れた一対のリング２８．
２８が嵌合されている。

前記アクチュエータ３０は、近時、１ｊ本電気株式会社
により開発された積層形の圧電セラミックを使用したも
のであって、この圧電士ラミック３１は、第４図に示す
ように、マグネシウム−ニオブ酸鉛とチタン酸鉛の二成
分固溶体セラミンク（（旨入）”　（ＭＰ／＋Ｎ’ｏ’
／３）　０３−　ｆ’ｂＴシＯ司０うちのＸが０．３５
近くのものからなる七ラミック板３２と内部電Ｒｉ板３
３とを交互に積層一体化して焼結した素子−を所望の形
状、大きさに切断し、全周面に露出した内部電極板３３
を上下両側面において一層おきに絶縁材３４で電気的に
絶縁するとともに、上下両側面に外部電極板３５及び３
６を貼漬して、内部電極板３３を一層おきに外部電極板
３５及び３６に電気的に接続した構造になり、印加電圧
が低くても成る量以上の歪を発生し、電圧を繰り返し印
加しても全く劣化することがなく、しかも、応答速度が
極めて速いという特徴を有するものである。

本実施例のアクチュエータ３０は、第３図及び第４図に
示すように、一端罠前記固定子４１を、他端に開口部４
２を形成した金属製の角筒４０の内周面に、摩擦係数が
小さく、かつ、絶縁性に優れたテフロン等の合成樹脂製
のライナ４３を形成し、方形に形成された前記圧電セラ
ミック３１を多数個重ね合わせ、セラミック製の絶縁板
４４を介してライナ４３内に摺動自由に嵌装し、個々の
圧電セラミック３１の外部電極板３５及び３６のうちの
同一極性同士の電極板を電線５０で接続して、開口部４
２側の両外部電極板３５及び３６に接続されたリード線
４５．４６を角筒４０に形成された挿通孔５１を通して
外部へ導くとともに、角筒４０の開口部４２内に前記し
た作動子４８を摺動自由に嵌装して、セラミック製の絶
縁板４９を介して圧電セラミック３１に結合した構造に
なり、アクチュエータ３０に通電して各圧電上ラミック
３１に電圧を印加することによって、各圧電上ラミック
３１が重ね合わせ方向に伸び、その歪の総和で作動子４
８が押されて前進し、通電を遮断すると、圧電セラミッ
ク３１が縮み、作動子４８が角筒４０内へ後退するよう
になっており、このアクチュエータ３０に高周波のパル
ス電圧を印加することにより、作動子４８が高速度で往
復運動する。

なお、このアクチュエータ３０の作動子４８の変位置は
比較的小さく、その変位量だけでは、押圧体１８に要求
される移動ストロークを得るのは困難であるが、本実施
例では、アクチュエータ３０が、その固定子４１を固定
体２４の支持孔２６に、作動子４８を押圧体１８の支持
孔２３に夫々嵌めて、押圧体１８の進退方向に対して斜
め姿勢で支持され、かつ、押圧体１８が清り板１９．１
９を案内としてロータ６の回転中心方向への進退のみが
可能となっていることから、アクチュエータ３０が伸張
すると、案内溝１７の長さ方向の伸びが規制されて作動
子４８がロータ６の回転中心方向に逃げるように作用す
ることＫよって、作動子４８の僅かな変位量を増幅して
押圧体】８を必要なストロークだけ押し上げるようにし
ている。

このことを第５図によって説明するに、アクチュエータ
３０が通電前に角度θだけ傾いて０７１間にあり、通電
により作動子４８が進出することによってＯを中心に回
動して０７２間に位置するとし、その作動子４８の進出
変位量を△ス、抑圧体１８の押上変位量を△ｙ１また、
アクチュエータ３０の歪率をＰとして、△ＸとΔｙの比
をめると、 −４の関係式が得られ、ここで、ｅ−８×１０　、θ＝１＠
とじた場合に、△ｙ／△ｘ＝３２．７４となり、押圧体
１８の押上変位置△ｙは、作動子４８の進出変位置△Ｘ
の８２．７４倍となる。

ちなみに１本実施例では、θ＝２″に設定されており、
このときのΔｙ／△Ｘを（１）式からめると、２２．７
４となる。

このように、本実施例では、作動子４８の変位量を増幅
して、押圧体１８を、その先端が環体１５をベアリング
１０を介してロータ６の外周面の最も短径の部分に押し
付けることができる位置まで前進させるようになってい
る。

また、本実施例では、アクチュエータ３０が、互いに向
きを逆にして二本ずつ装置されているため、大きな駆動
力が得られるとともに、押圧体１８をその進退方向に対
して傾くことなく真直ぐに駆動できるようになっている
。

次に、本実施例の作用を第２図及び作動原理を示す第６
図に基づいて説明する。

第２図及び第６図の（ａ）に示すように、互゛いに向き
合う位置■及び■の押圧体１８が前進して、ロータ６の
短径部分が位置■及び■に整合し、長径部分がこれらと
９０度ずれた位置ｌ及び■に整合した状態において、位
置■及び■と反時計方向に４５度ずれた位置１及びＶの
アクチュエータ３０に通電するとともに、位置■及び■
のアクチュエータ３００通電を遮断すると、位置１及び
Ｖの押圧体１８が弾性リング２８を押圧しつつ前進する
とともに１位置■及び■の押圧体１８が弾性リング２８
の弾力で後退し、位置１及びＶの押圧体１８の前進によ
って、ロータ６の外周面の短径部分から反時計方向に４
５度ずれた部分が、環体１５及びベアリング１０を介し
て押圧され、この部分はその接線が回転中心と直角を成
す方向に対して時計方向に傾いていて、ロータ６に反時
計方向の回転力を付与する接線方向の分力が生ずること
から、ロータ６が環体１５の内周を滑って反時計方向に
回転し、第６図の（ｂ’）Ｋ示すように、ロータ６が４
５度回転し、その短径部分が位置Ｉ及びＶに整合して接
線方向の分力がＯとなるところで停止し、この状態では
、その阪りの位置出及び■の押圧体１８がロータ６の短
径部分から反時計方向に４５度ずれているから、引続い
て、位置Ｕ及び■のアクチュエータ３０に通電して抑圧
体１８を前進させるとともに、位置１及びＶのアクチュ
エータ３００通電を遮断して抑圧体１８を後退させると
、上記したと同様の作用によって、第６図の（ｃ）に示
すように、ロークロがその短径部分が位置■及び■と整
合するまで反時計方向に４５度回転し、続いて、その隙
りの位置■及び■のアクチュエータ３０に通電して押圧
体１８を前進させるとともに、位置１及び■のアクチュ
エータ３００通電を遮断して押圧体１８を後退させると
、第６図の（ｄ）に示すように、口＝タロがさらに同方
向に４５度回転する。

このように、互いに向き合う位置１とｖ１位位置出■、
位置■と■及び位置■とＶｌｌｌのアクチュエ−タ３０
の通電と遮電とを繰り返すことによって、ロータ６を反
時計方向に４５度ずつ回転させることができ、ロータ６
の短径部分が所定の一対の位置に整合したところで、そ
のアクチュエータ３０を通電状態に保持すれば、ロータ
６をその位置で停止状態に保持することができる。

また、押圧体１８を積層形の圧電セラミックを使用した
アクチュエータ３０で駆動するようになっており、この
アクチュエータ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６を円滑に連続回転させることができる。

なお、押圧体１８を上記実施例とは逆に時計方向に順次
に駆動すると、ロータ６を時計方向に４５度ずつ回転さ
せることができる。

また、上記実施例のように、ロータ３の形状が楕円形で
あってこれを一方向に回転させるには、ロータ３の外周
面の接線が同方向に傾いた部分を順次に押圧する必要が
あり、このためには、押圧体１８を３個以上装置する必
要がある。なお、上記実施例のように、押圧体１８の装
置個数を偶数個として、回転中心に対して対称位置にあ
る２個の押圧体１８でロータ６を挾むようＫすれば、ロ
ータ６の駆動力が大きく取れるとともに、ロータ６を押
圧したときにロータ６に曲げモーメントが作用しない利
点が得られる。

また、上記実施例では、ロータ６の外周面の形状を楕円
形としたが、これを、幾何学的に厳密な楕円形ではなく
て真円を扁平化した長円形や、あるいは、三角形の頂点
を円弧形としたおむすび形のように、回転中心に近い部
分と遠い部分とを、回転中心を向く直線との交点におけ
る接線のその直線と成す角度が連続的に変化する曲線で
接続した他の非円形のものに代えても良く、例えば、ロ
ータ６をおむすび形とした場合には、ロータ６は１２０
度の回転により原形と一致する対称形を成すのであるが
、この場合にはロータ６を一回に回転させることができ
る角度が６０度未満であるために、ロータ６を一方向に
回転させるには、同じように３個以上の押圧体１８が必
要である。

発明の構成及び作用効果上記実施例によって具体的に説明したように、本発明の
ステッピングモータは、回転中心に近い部分と遠い部分
とを前記回転中心を向く直線との交点における接線の肪
直線と成す角度が連続的に変化する曲線で接続した非円
形の外周面を有するロータを筒形のボディ内に回転自由
に支持し、該ボディの内周面にマ前記ロータの外周面に
係合「ｉｆ能で、かつ、該ロータの前記回転中心方向へ
の進退可能な３個以上の押圧体を予め定められた間隔を
おいて装置するとともに、前記ボディに、電圧の印加に
より歪を生ずる積層形の圧電セラミックを駆動源として
伸縮することによって前記各抑圧体を各別に駆動するア
クチュエータを設け、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ロータの外周面の前
記曲線部における接線が同方向に傾いた部分を順次に押
圧することＫ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って、ロータの
外周面の曲線部における接線が同方向に傾いた部分に対
応する位置にある押圧体を順次に前進させ、押圧体がそ
の部分を直接に押圧してロータを回転させるのであるか
ら、ロータを一方向に一定角度ずつ確実に回転させるこ
とができ、また、押圧体がロータの外周面の回転中心に
近い部分を押圧した状態の機械的保合によってロータの
回転を停止させるのであるから、ロータを所定の位置で
確実に止めることができ、また、高速応答性に優れた積
層形の圧電セラミックを使用したアクチュエータで各押
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ュエータに印加するこ
とＫよって、ロータを円滑に連続回転させることができ
、さらに１誘電障害や電波障害を生じない効果を奏する
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明ステッピングモータの一実施例）一部切
欠正面図、第２図はその一部切欠左側面図、第３図はア
クチュエータの断面図、第４図は圧電セラミックの詳細
を示す第３図の部分拡大図、第５図はアクチュエータの
変位増幅の説明図、第６図はステッピングモータの作動
原理図である。１：ボディ　６：ロータ　１８：押圧体　３゜ニアクチ
ユニ〜タ　３１：圧電セラミック出願人　旭大隈産業株
式会社代理人　弁理士　野　口　宏寡３図第４図茗５図 θ　Ｏ（ａ） ■ ■ （Ｃ）！ＷＪ（ｂ） ■ ■ （ｄ） ■

Claims

【特許請求の範囲】

回転中心に近い部分と遠い部分とを、前記回転中心を向
く直線との交点における接線の該直線と成す角度が連続
的に変化する曲線で接続した非円形の外周面をイｆする
ロータを筒形のボディ内に回転自由に支持し、該ボディ
の内周面に、前記ロータの外周面に係合可能で、かつ、
該ロータの前記回転中心方向への進退可能な３個以上の
押圧体を予め定められた間隔をおいて装置するとともに
、前記ボディに１電圧の印加により歪を生ずる積層形の
圧電セラミックを駆動源として伸縮することＫよって前
記各押圧体を各別に駆動するアクチュエータを設け、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
進時に前記ロータの外周面の前記曲線部における接線が
同方向に傾いた部分を順次に押圧することＫ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
とするステッピングモータ