JPS62189979A - Piezoelectric actuator - Google Patents

Piezoelectric actuator

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JPS62189979A
JPS62189979A JP61028505A JP2850586A JPS62189979A JP S62189979 A JPS62189979 A JP S62189979A JP 61028505 A JP61028505 A JP 61028505A JP 2850586 A JP2850586 A JP 2850586A JP S62189979 A JPS62189979 A JP S62189979A
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JP
Japan
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rod
holder
piezoelectric
piezoelectric element
axial direction
Prior art date
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Pending
Application number
JP61028505A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kunio Tomioka
冨岡 邦夫
Kazunori Hashi
橋 一徳
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Komatsu Ltd
Original Assignee
Komatsu Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPS62189979A publication Critical patent/JPS62189979A/en
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  • Control Of Position Or Direction (AREA)
  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

PURPOSE:To simplify and miniaturize a construction, to contrive to reduce power consumption and to eliminate an electromagnetic noise by applying voltage selectively to piezoelectric elements, making locking and expansion mechanisms operate respectively by the electrostriction of said piezoelectric elements and moving a rod axially in an inching movement. CONSTITUTION:The expansile and contractile force of a piezoelectric element 32 in case of application of voltage thereto is such that moves a holder 11 to the left side along the central axis of a rod 50 against the elastic force of a spring 12. The expansive force of piezoelectric elements 112 and 212 in case of application of voltage thereto acts so as to lock a movement of the rod 50 against holders 11, 21 in the direction of the central axis. The application of voltage selectively to the piezoelectric elements 32, 112, 212 moves the rod 50 axially in an inching movement.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、圧電素子の電歪作用を利用してロッドを移動
し、該ロッドに連結された対象物を駆動さゼるように構
成された圧電アクチコJ−夕に関する。
Detailed Description of the Invention (Field of Industrial Application) The present invention is configured to move a rod by using the electrostrictive action of a piezoelectric element to drive an object connected to the rod. Regarding the piezoelectric actico J-Yu.

(従来の技術) 周知の如く、駆動対象となる各種の作業機構を動作さゼ
るためのアクチュ1−夕には、従来、ソレノイドや電磁
石等のいわゆる電磁作用を応用したものが多かった。
(Prior Art) As is well known, in the past, many actuators for operating various working mechanisms to be driven have applied so-called electromagnetic action such as solenoids and electromagnets.

(発明が解決しようと覆る問題点〕 しかしながらこの種の従来のアクヂコJ−夕には、 a、構造が複雑である。(Problems that the invention attempts to solve) However, in this type of conventional Akujiko J-Yu, a. The structure is complicated.

b、形状が大きく、消費電力も大きい。b. The size is large and the power consumption is large.

C0電磁的な雑音を発生する。C0 Generates electromagnetic noise.

d0位置決めのiff度か低い。The if degree of d0 positioning is low.

等の種々の問題点があった。There were various problems such as.

(問題点を解決でるだめの手段) 本発明では、上記問題点を解決するために、ロッドの中
央部にL′11通配買された第1の圧電素子より成る伸
縮は椙と、前記第1の圧電素子のノ「端と接覆る第1の
ホルウ内に収容され、前記[1ツトに真人される第2の
圧電素子にJ、る前記[]ツドの軸方向への電歪作用を
、当該軸方向とii′1交づる方向に変位ざゼることに
より前記第1のホルダに対づる前記ロッドの軸方向への
動きを固定覆る第1のロックR構と、前記第1の圧電素
子の右端と接する第2のホルダ内に収容され、前記ロッ
ドにL′1人される第3の圧電素子による前記ロッドの
軸方向への電歪作用を、当該軸方向とt1交づ−る方向
に変位さゼることにより前記第2のホルダに対Jるl)
j記ロッドの軸方向への動きを固〉rl−る第2の[1
ツク機構と、前記第1おJ、ひ第2のホルダのいずれか
一方のボルタを、前記[Jラドの軸方向へ移動できない
ように固定したどさ、他の一方のホルダを、前記伸縮機
構の伸縮作用に追従さ氾て前記[]ツドの軸方向へ移動
さけ11するバネ力を!5える弾性(J −’jは椙と
、前記第1、第2、り)3の11−電素了に選択的に電
圧を印加J−る駆動回路とを具備した構成としたもので
ある。
(Means for Solving the Problems) In the present invention, in order to solve the above problems, the first piezoelectric element L'11 is arranged in the center of the rod. A second piezoelectric element is housed in a first hole that is in contact with the end of the first piezoelectric element, and is applied to the second piezoelectric element that is held in the first hole. , a first lock R structure that fixes and covers the movement of the rod in the axial direction with respect to the first holder by being displaced in a direction intersecting the axial direction; and Electrostrictive action in the axial direction of the rod by a third piezoelectric element housed in a second holder in contact with the right end of the element and attached to the rod by t1 intersects with the axial direction. by displacing the second holder in the direction
The second [1] fixes the movement of the rod in the axial direction.
Once the bolt of either the first or second holder is fixed so that it cannot move in the axial direction of the Jrad, the other holder is fixed to the telescopic mechanism. The spring force that moves in the axial direction of the [] tube following the expansion and contraction action of 11! 5. Elasticity (J-'j is the first, second, and third) 3.11-The structure includes a drive circuit that selectively applies a voltage to the electric element. .

〔作 用) 係る構成を有する圧電アクチュエータでは、前記駆動回
路から前記第1.第2.第3の圧電素子へ選択的に電圧
を印加し、ぞの電歪作用により前記伸縮荘構および第1
.第2のロック機構をそれぞれ機能せしめることによっ
て、当該ロッドを尺取り東方式で軸方向に移動させてい
る。
[Function] In the piezoelectric actuator having such a configuration, the first. Second. A voltage is selectively applied to the third piezoelectric element, and the electrostrictive action of the third piezoelectric element causes the telescopic structure and the first
.. By activating each of the second locking mechanisms, the rod is moved in the axial direction in a shakudori east manner.

(実施例) 以下、本発明の実施例を添(=1図面にもとづいて詳細
に説明する。
(Example) Hereinafter, an example of the present invention will be described in detail based on the accompanying drawings.

第1図は、本発明に係る圧電アクチュエ−タの一実施例
を示したものであり、同図(a)は断面図、同図(b)
は側面図をそれぞれ示している。
FIG. 1 shows an embodiment of a piezoelectric actuator according to the present invention, and FIG. 1(a) is a sectional view, and FIG. 1(b) is a sectional view.
shows a side view, respectively.

第1図にd3いて、圧電アクチュエータの本体は、ブラ
ケッ1〜10と20を、その上部と下部にスペーサ30
および31を挟んで配置するとともに、これらゾラケツ
l−10、スペーサ30.ブラケツ1−20およびブラ
ケツl−10、スペーサ31.ブラケット20に、それ
ぞれガイドピン40および41を貫入し、両i’lry
+からプッ1〜/12.713およびナラh/14.4
5で締めイ」CノることにJ、す、前記スペー→ノ30
,31の長さに相当する距離を経で、前記ブラケッ1〜
10と20とを固定した構造を有している。
At d3 in FIG. 1, the main body of the piezoelectric actuator has brackets 1 to 10 and 20 and spacers 30 at the top and bottom.
and 31 are placed on both sides, and the spacer l-10 and the spacer 30. Bracket 1-20 and bracket l-10, spacer 31. The guide pins 40 and 41 are inserted into the bracket 20, and both i'lry
+ to put 1~/12.713 and nara h/14.4
Tighten with 5.''
, 31, the brackets 1 to 31
It has a structure in which 10 and 20 are fixed.

また、前記ブラケッ1〜10おにび20の中央部を、そ
れぞれ前記ガイドピン/′lo、4.1の中心軸方向に
貫通して円筒形の孔が形成され、該各回筒孔には、前記
スペーサ30.31にJ:り前記ブラケット10と20
間に形成された空間を経て、以下に示すような可動部が
構成されている。
Further, a cylindrical hole is formed passing through the central part of the brackets 1 to 10 and 20 in the direction of the central axis of the guide pin /'lo, 4.1. The spacers 30 and 31 are attached to the brackets 10 and 20.
A movable part as shown below is constructed through the space formed in between.

Jなりも前記円筒孔の中心軸は、前記ガイドピン40.
4.1にJ:つで軸合Uがなされ、当該中心軸」二には
ロッド50がある。
J, the central axis of the cylindrical hole is the same as the guide pin 40.
4.1, the axis U is aligned at J:, and the rod 50 is located at the central axis.

つまり前記各円筒孔と前記1]ツド50の中心軸が一致
する。
In other words, the central axes of each of the cylindrical holes and the 1] tube 50 coincide with each other.

また、ロッド50にそれぞれ貫入されて、ぞの中央部に
は圧電素子32が配置され、その左右には前記圧電素子
32の両端に接してホルダ11および21が配置されて
いる。
Further, a piezoelectric element 32 is disposed at the center of each rod 50, and holders 11 and 21 are disposed on the left and right sides thereof in contact with both ends of the piezoelectric element 32.

ここで前記ホルダ゛11は、!1iJ述した如くブラヶ
ッ1〜10に形成された円筒孔内に摺動可能に収容され
、モのノr端をスプリング12を介したスクリコ−13
ににる当該円筒孔内への螺る−により保持されている。
Here, the holder 11 is! 1iJ As described above, the brackets 1 to 10 are slidably accommodated in the cylindrical holes formed therein, and the r end of the bracket is connected to the screw 13 via the spring 12.
It is held in place by a screw thread into the cylindrical hole.

他方、前記ホルダ21は、ブラケット20に形成された
円筒孔に収容され、その右端を、スペーサ22を介した
スクリュー23による当該円筒孔内への螺着により保持
されている。
On the other hand, the holder 21 is accommodated in a cylindrical hole formed in the bracket 20, and its right end is held by a screw 23 screwed into the cylindrical hole through a spacer 22.

尚、前述した各円筒孔とロッド5oの中心軸の軸合せは
、このスクリコ−13および23によりなされている。
Incidentally, the axial alignment of each cylindrical hole and the central axis of the rod 5o described above is achieved by the screwcoats 13 and 23.

更に、前記ホルダ11内には、前記ロッド50を軸とし
てそれぞれ分離独立して成るスクリコ−110、スペー
4ノ111.圧電索子112.スペーサ113.つ■フ
ジ114,115.セツ1〜スクリコ−116が、それ
ぞれ当該ホルダ11の内周面に摺動自在となるように埋
設されでいる。
Further, inside the holder 11, there are a screw 110, a spacer 111, and a spacer 111, which are separated and independent from each other around the rod 50. Piezoelectric cord 112. Spacer 113. ■Fuji 114, 115. Sets 1 to 116 are respectively embedded in the inner circumferential surface of the holder 11 so as to be able to slide freely.

ここで前記ウェッジ114の一端面は、円錐台状の四部
として成形され、逆に円ff1lt台上の凸部として成
形されるウェッジ115の−り11:而に係合している
Here, one end surface of the wedge 114 is formed as four parts in the shape of a truncated cone, and conversely engages with the groove 11 of the wedge 115, which is formed as a convex part on the base of a circle.

また、前記ホルダ11の内周面に螺着されるセラ1〜ス
クリユ−1164よ、目ツl” 50を中心とづる回転
によってノI[右に移動iiJ能であり、後述覆る如く
圧電素子112に電圧を印11111.ない状態におい
て、スクリコー110.スベーザ111.J圧電素子1
12.スペー1)−113,ウェッジ114゜115が
前記ホルダ11内で密着し、しがもこの状態で、ロッド
50が左右に1習動自在となるように、その螺着(ff
置が調整されている。
Further, the screws 1 to 1164 screwed onto the inner circumferential surface of the holder 11 can be moved to the right by rotation around the eye 50, and the piezoelectric element 112 can be moved to the right as will be described later. When no voltage is applied to 11111.Scrico 110.Sveza 111.J piezoelectric element 1
12. The spacing 1)-113 and the wedges 114 and 115 are in close contact with each other in the holder 11, and in this state, the rod 50 is screwed (ff
The position has been adjusted.

尚、前記圧電素子32からみて前述したホルダ11内の
構造と)rも対称なる構造が、前記ロッド50を中心軸
として埋設されるそれぞれスクリコー210.スペーザ
211 、 LF電索子212.スペーサ213.ウェ
ッジ21/I、 215.セラ1〜スクリユー216に
よって、ホルダ21内にも構成されている。
Incidentally, when viewed from the piezoelectric element 32, the structures inside the holder 11 and )r which are symmetrical to each other are the respective scratch bars 210. spacer 211, LF electric wire 212. Spacer 213. Wedge 21/I, 215. The cellar 1 to the screw 216 are also configured inside the holder 21.

このように本発明の圧電アクブーツ1−夕では、可動部
全体がスクリコ−13と23によりy′ラヶッ1−10
と20間に保持され、このうちのホルダ11は、スプリ
ング12により常に右側への応力が加えられている。
In this way, in the piezoelectric actuator 1-1 of the present invention, the entire movable part is connected to the
and 20, of which holder 11 is always stressed to the right by a spring 12.

係る@造を右する圧電アクヂュコーータに用いられる圧
電素子32(圧電素子112,212も同様に構成され
る)は、例えば第2図に示すJζうに、中央に孔320
が形成され、鎖孔320の中心を通る直線2と直交する
ような円周上の切欠き部321を有する薄い円板〔チタ
ン酸バリウム(BaCO3)等の圧電材料より成る〕3
22を、多数枚積層させることによって積層体323を
構成するとともに、各円板322の切欠き部321によ
って前記積層体323に形成される平担部324上に当
該積層方向へ延びる電極325を配設した構造を有して
いる。
The piezoelectric element 32 (the piezoelectric elements 112 and 212 are similarly constructed) used in such a piezoelectric actuator having the @ structure has a hole 320 in the center as shown in FIG. 2, for example.
A thin disk [made of a piezoelectric material such as barium titanate (BaCO3)] 3 has a notch 321 on the circumference that is perpendicular to the straight line 2 passing through the center of the chain hole 320.
A laminate 323 is constructed by laminating a large number of 22, and an electrode 325 extending in the lamination direction is arranged on a flat part 324 formed in the laminate 323 by the notch 321 of each disc 322. It has an established structure.

係るN造の圧電索子32において、前記電極325に所
定の電圧を印加すると、前記積層体323は当該電圧に
応じた歪みを生じ、第1図に示す如くの実装状態では、
当該圧電素子32が前記ロッド50の中心軸方向に伸張
づる。
In the piezoelectric cord 32 of N construction, when a predetermined voltage is applied to the electrode 325, the laminate 323 is distorted according to the voltage, and in the mounted state as shown in FIG.
The piezoelectric element 32 extends in the direction of the central axis of the rod 50.

このときホルダ21は、前述した如くスペーサ22を介
したスクリコ−23によるブラケッ1−20の円筒孔内
への螺着−ににってロッド50の中心軸方向への動きが
固定されている。
At this time, the movement of the holder 21 in the direction of the central axis of the rod 50 is fixed by screwing the screw 23 into the cylindrical hole of the bracket 1-20 via the spacer 22, as described above.

このため、前述した電圧水子32の電圧印加時の伸張力
は、ホルダ11に及び、当該ボルダ11をスプリング1
2のバネ力に抗して、前記ロッド50の中心軸に沿って
左側へ移動させるように作用する〔作用■]。
Therefore, the stretching force of the voltage water droplet 32 when voltage is applied is applied to the holder 11, and the boulder 11 is moved by the spring 1.
The rod 50 acts against the spring force No. 2 to move the rod 50 to the left along the central axis [action (2)].

一方、ボルダ11内に実装された圧電素子112は、前
述した如くの電圧の印加を受けることによって前記ロッ
ド50の中心軸方向に伸張する。
On the other hand, the piezoelectric element 112 mounted in the boulder 11 expands in the direction of the central axis of the rod 50 by receiving the voltage applied as described above.

このとき圧電素子112の右端が、スペーサ111を介
してスクリ1.−110に固定されているため、前述し
た圧電素子112の電圧印加時の伸長力は、スペー+J
113を介して当該圧電素子112の左方に及び、ウェ
ッジ114と115を前記ロッド50の中心軸方向への
応力をもってLt接せしめる。
At this time, the right end of the piezoelectric element 112 is connected to the screen 1 through the spacer 111. -110, the above-mentioned stretching force of the piezoelectric element 112 when voltage is applied is space + J
113 to the left side of the piezoelectric element 112, and brings the wedges 114 and 115 into contact with Lt with stress in the direction of the central axis of the rod 50.

ここで前記つ1ツジ114と115とは、前)ホした如
く円錐台状に成形された凹部端面ど凸部端面とにより係
合されでいるため、上記圧接に伴なうロッド50の中心
軸方向への応力が前記ウェッジ114により当該中心軸
方向と直交する方向に変えられる。
Here, the two bolts 114 and 115 are engaged by the concave end face and the convex end face formed in a truncated cone shape as shown in the previous item (e), so that the central axis of the rod 50 due to the pressure welding is The stress in the direction is changed by the wedge 114 into a direction perpendicular to the central axis direction.

この応力によってロッド50の外周およびホルダ11内
周には前記つJフジ114からの締め付は力が勧らき、
当該ホルダ11に対するロッド50の中心軸方向への動
きがロックされる、。
Due to this stress, a tightening force from the J Fuji 114 is applied to the outer circumference of the rod 50 and the inner circumference of the holder 11.
Movement of the rod 50 in the central axis direction with respect to the holder 11 is locked.

同様にホルダ21内においても、該ホルダ21内に実装
される圧電素子212の電圧印力旧侍にお(プるロッド
50の中心軸方向への伸張力が、ウェッジ214を経て
当該中心軸方向と直交する方向に変位されてロッド50
およびホルダ21に及び、当該ホルダ21に対づ−るロ
ッド50の中心軸方向への動きがロックされる。
Similarly, in the holder 21, the voltage applied to the piezoelectric element 212 mounted in the holder 21 (the tension force in the direction of the center axis of the pull rod 50 is applied in the direction of the center axis through the wedge 214). The rod 50 is displaced in a direction perpendicular to
and the holder 21, and movement of the rod 50 relative to the holder 21 in the central axis direction is locked.

このように、圧電索子112および212の電圧印加時
の伸張力は、ホルダ11J3よび21に対するロッド5
0の中心軸方向への動ぎを[1ツクするように作用づる
[作用■]4゜ 尚、ホルダ11J3J、ひ21に対1−るロッド50の
1]ツクの強さは、前述した如くだれそれレットスクリ
コ−116おJ、ひ21(3の焙:右位置によって調整
づ−ることかてさる。
In this way, the stretching force of the piezoelectric cords 112 and 212 when voltage is applied is
The force of the force of the force of the force of the force of the force of the force of the force of the force of the force of the force acting on the rod 50 against the holders 11J3J and 21 is as described above. It is possible to adjust it depending on the right position.

次に、第3図には本発明に係る圧電アクチュエータの駆
動回路60の構成がツ1−]ツク図て示されており、以
上第4図に小すクィミ〕/グブ−t −1−を参照しつ
つその動作を説明する3゜ まづ゛、このLF電アクヂl十−りのfjJ作に先立ち
、分極スイッチ61が操作されると、該操作に・しとつ
さ゛ドライバ69から月−′1を素子112,32゜2
12、に所定の分極型L「が印hl+され、当該圧電素
子112.32,212にはいわゆる分極処理か施こさ
れる。
Next, FIG. 3 shows the configuration of a drive circuit 60 for a piezoelectric actuator according to the present invention, and FIG. The operation will be explained with reference to 3. First, before the fjj operation of this LF electric actuator, when the polarization switch 61 is operated, the operation will be followed by a steady signal from the driver 69. '1 is element 112, 32°2
12, a predetermined polarization type L" is stamped hl+, and the piezoelectric elements 112, 32, 212 are subjected to a so-called polarization process.

この分極処Pvは、その後に印加される電/、1に対す
る前記圧電素子112,32,212の電歪時・ビ1を
安定化ざゼるために欠かすことのでさ″ない処理である
This polarization process Pv is an indispensable process for stabilizing the electrostrictive behavior of the piezoelectric elements 112, 32, 212 with respect to the electric currents 1 and 1 applied thereafter.

次に、圧電アクチュ]−−りのロッド5oを移動させる
I]的で起動スイッチ62が操作されると、オア回路6
5のゲートが解放され、該ゲー1〜を通じて発ノ辰;得
64からアップ/ダウンカウンタ(」ズ下U/Dカウン
タと略す)66へ、第4図(a)に示す如くのクロック
CKが入力される。
Next, when the starting switch 62 is operated by the piezoelectric actuator to move the rod 5o, the OR circuit 6
The gate 5 is released, and the clock CK as shown in FIG. is input.

今、ここてカウント方向選択スイッチ63により、例え
ば順方向へのカウントが選択されているものとづ−ると
、前記IJ / Dカウンタ66では、前記クロックC
Kが順次1/2.1/4.1/8に分周され、それぞれ
第4図(b)、 (c)、 (d )に示ず如くの分周
パルスQ1.Q2.Q3どなる。
If, for example, forward counting is selected by the count direction selection switch 63, the IJ/D counter 66 will output the clock C.
K is successively divided into 1/2.1/4.1/8, and frequency-divided pulses Q1 . Q2. Q3 yells.

この分周パルスQ1.Q2.Q3をもとに前記U/Dカ
ウンタ66は、前記クロックCKをO〜7まて順に繰り
返えしカウントし、該カラン1〜値をアドレス指令とし
てリードオンリーメモリ(以下ROMと略す)67へ人
力する。
This frequency divided pulse Q1. Q2. Based on Q3, the U/D counter 66 repeatedly counts the clock CK from 0 to 7, and uses the count 1 to 7 as an address command to a read-only memory (hereinafter abbreviated as ROM) 67. Manpower.

当該ROM67は、第5図に示づ如く、アドレスO〜7
にり、D、D3 (−Tれぞれ圧電素子112.32.
212への電圧印加側CIIに対応する)の3つのデー
タを格納しており、前記U/Dカウンタ66からりIJ
ツクCKのノJfンンI−f的ハ\入力される毎に、当
該カランi〜11〆1に3・1症、−するアドレスのデ
ータD。、Dl、1)2を第4図(C)。
The ROM 67 has addresses O to 7 as shown in FIG.
Ni, D, D3 (-T piezoelectric elements 112, 32, respectively)
212 (corresponding to the voltage application side CII), and from the U/D counter 66 to IJ
Every time the CK of the CK is input, the data D of the address is 3.1, - for the corresponding column i~11〆1. , Dl, 1) 2 in Figure 4(C).

(f)、(q)に示づごとくの態様で並列に出力する。They are output in parallel in the manner shown in (f) and (q).

該出力データ[〕。、D1.D2.は、D−フリップフ
ロップ〈以下D −F Fと18−リ−)68を通じて
ドライバ69へ入力され、該ドライバ69は、このデー
タD。、D、D2にもどづさ前3di シた如く分極処
理の施こされた圧電素子112,32,212に所定の
制御電圧を印加する。。
The output data []. , D1. D2. is input to a driver 69 through a D-flip-flop (hereinafter referred to as D-FF and 18-Lee) 68, and the driver 69 inputs this data D. , D, and D2, a predetermined control voltage is applied to the piezoelectric elements 112, 32, and 212 that have been polarized as shown in the previous 3 d. .

係る制御により圧電アクチコエータでは、前記クロック
CKのカウントO〜7に対応し・で、JズFに示すよう
な動作が実行される。
Under such control, the piezoelectric acticoator performs the operation shown in J's F corresponding to counts O to 7 of the clock CK.

(カランl−0) Do、D2が“′)−ビルベルとなり、圧電素子112
.212に電圧が印加され、上記(作用■)により左右
両側のホルダ11.21に対してロッド50の中心軸方
向の動きがロックされる。
(Karan l-0) Do, D2 becomes "')-bilbel, and piezoelectric element 112
.. A voltage is applied to 212, and the movement of the rod 50 in the central axis direction is locked with respect to the holders 11.21 on both the left and right sides by the above (action (2)).

(カウント1) 02力く“”j”レベルど々す、I下型素子2′I2ツ
バ欣電されることにより、ホルダ21に対づる(−]ツ
ラド OのIIソック解除される。
(Count 1) When the 02 force reaches the "j" level, the I lower type element 2'I2 is released, and the II socket of the (-] TRADO O against the holder 21 is released.

(カウント2) Dlが” H”レベルどなり、圧電素子32に電圧か印
加8れ、ホルダ11に上記(作用■)を及は覆。
(Count 2) Dl goes to "H" level, a voltage is applied to the piezoelectric element 32, and the above (action (■)) is applied to the holder 11.

つまり当該ホルダ11は、スプリング12の右向きの応
力に抗して六二側へ移動される。
In other words, the holder 11 is moved toward the 62nd side against the rightward stress of the spring 12.

このときロッド50は、前記ホルダ11に対してロック
されでいるため、当該ホルダ11の動きに追従してノf
−側へ移動される。
At this time, the rod 50 is still locked to the holder 11, so it follows the movement of the holder 11 and
-Moved to side.

(ツノ ラン 1〜3 ) [〕2も″1−ビルベルとなり、電FEE木子212へ
電圧か印加され、(カラン1−2)てh−側へ移動した
ロッド50か、上記〔作用■〕に」、リボルク21に対
して再度ロックされる。
(Tsunoran 1-3) [] 2 also becomes ``1-Billbel'', voltage is applied to the electric FEE Kiko 212, (Karan 1-2) and the rod 50 moves to the h- side, or the above [action (■)] ”, it is locked again to Revolk 21.

(カウント4) Doがii L uレベルとなり、圧電素子1″I2が
放電されることにより、ホルダ11に対づ−るロッ1〜
゛50のL」ツクがfk除される。
(Count 4) Do becomes the iiL u level, and the piezoelectric element 1''I2 is discharged, so that the locks 1 to 1 against the holder 11 are
``50 L'' is divided by fk.

(カランt−5,6) 1〕1も”l”レベルとなり、バー電索子32が放電さ
れ、ロッド50の中心軸ブj向へ数組i 11る。
(Karan t-5, 6) 1] 1 also becomes the "l" level, the bar wire 32 is discharged, and several sets i11 move toward the center axis of the rod 50.

このときノ「側に移iIiすしていたホルダ11に対づ
るlラド50のロックが解除され−でいるため、当該ホ
ルダ11は、前記圧電本子32の収縮に伴ないスプリン
グ12の右向きの応力を受11て右側へ移動され、元の
位置に戻される。
At this time, the lock of the lrad 50 relative to the holder 11 which had been moved to the side is released, so that the holder 11 absorbs the rightward stress of the spring 12 due to the contraction of the piezoelectric body 32. The receiver 11 is moved to the right and returned to its original position.

一方前記ロツド50は、ホルダ21に対しては[Jツク
されているため、前記ホルダ11の元の位置への復帰に
際しても移動されること(よない。
On the other hand, since the rod 50 is locked with respect to the holder 21, it cannot be moved even when the holder 11 is returned to its original position.

従がってこの状態をホルダ11から観るど、前記ロッド
50が月−電木了32の伸張分〕1側へ移動されたこと
になる。
Therefore, when this state is viewed from the holder 11, the rod 50 has been moved to the 1 side by the extension of the moon-denki 32.

(カウント7) 1つ。も“′IドIノベルどなり、(1電評、了112
゜212に電j1か印加され、1−記(作用■〕により
ホルダ11.21に対して!]ラッド0が[1ツク8れ
ることによって、(カランl−0)の状態に戻る。
(Count 7) One. Also “'I do I novel roar, (1 telecomment, 112
An electric current j1 is applied to ゜212, and the holder 11.21 is returned to the state of (Karan l-0) by the 1-notation (action ■)!] rad 0 is turned 1 to 8.

このように、前記クロックCKのカラン1〜を順方向へ
一巡さゼる毎に、L「型素子32の伸張分だけロッド5
0をノ「側へ移動ざゼることか可能となり、係る制御を
繰り返し行なえば、所<14どり−るロッド50をノr
i側へ移動させることができる。
In this way, each time the clock CK rotates one turn in the forward direction, the rod 5 is moved by an amount corresponding to the extension of the L" type element 32.
It becomes possible to move the rod 50 to the side of 0, and if such control is repeated, the rod 50, which is
It can be moved to the i side.

この移動に際して[」ラド50は、常に)「右いずれか
のホルダ11.21によりロックされているため、当該
ロッド50に右方向へのある程度の力が加えられている
場合にも、その力が前記圧電索子32の伸張力からスプ
リング12の伸張力を差し引いた力を下回っていれば、
前記ロッド50を左方向へ移動さゼることがでさ゛る。
During this movement, the rod 50 is always locked by one of the right holders 11.21, so even if a certain amount of force is applied to the rod 50 in the right direction, that force will If the force is less than the tension force of the piezoelectric cord 32 minus the tension force of the spring 12,
The rod 50 cannot be moved to the left.

尚、ロッド50を右方向へ移動させる場合は、カウント
h内選択スイッチ63の選択によりtJ I Dカウン
タ66の、JJウントを逆方向に歩進さ−け、当該カラ
ン1〜イli′1に対応するROM67のアドレスから
前述したタイミンクチ′V−1〜とは逆になるようにチ
ークD、101,02を出力さゼると」;い。
When moving the rod 50 to the right, select the count h selection switch 63 to advance the JJ count of the tJ ID counter 66 in the opposite direction, and set If the cheeks D, 101, 02 are outputted from the corresponding address of the ROM 67 so as to be opposite to the timing cutout 'V-1~ mentioned above.

このと8′、ロッド50の左右への移動を開始させるか
停止させるかは、起動スイッチ62により選択覆ればに
い。
In this case, whether to start or stop the movement of the rod 50 to the left or right can be selected using the start switch 62.

尚、[lラド50を右側へ移動させるための力は、スプ
リング12の伸張力によってりえられるため当該ロッド
50の右側への移動に際し、前記ロッド50に加わる)
rブノ向への力1ま、前記スプリング12の伸張力以下
てなければな、らない。
Note that [the force for moving the rod 50 to the right side is exerted on the rod 50 when the rod 50 moves to the right side because it is generated by the tension force of the spring 12]
The force 1 in the direction of the r-button must be less than or equal to the tension force of the spring 12.

このスプリング12の伸張力は、スクリコ−13と23
とによって調整覆ることかで7きる。
The tension force of this spring 12 is
7 can be achieved by adjusting and overturning.

ところで第3図の駆動回路60には、発振器6/′lか
ら出力されるクロックGKの周波数に応じてロッド50
の移動速度が決定されるJ、うな椙成例を示したが、前
記発振器64の変わりにマイコン等を用い、任意の周波
数のクロックパルスを与え、圧電素子32の伸縮に係わ
る1ザイクルあたりの時間を可変とづ−ることにJ、す
、前記ロッド50の移動速度を、前記クロックパルス周
波数に応じて任意に設定させるにうにしてもよい。
By the way, the drive circuit 60 in FIG.
The moving speed of the piezoelectric element 32 is determined by using a microcomputer, etc. instead of the oscillator 64, and applying a clock pulse of an arbitrary frequency to calculate the time per cycle involved in the expansion and contraction of the piezoelectric element 32. In other words, the moving speed of the rod 50 may be arbitrarily set according to the clock pulse frequency.

また、この種の圧電素子32は、印加型LFを可変どす
ることによって1ザイクルあたりの伸張長さを自由に設
定することができ、これによって口ラド50の移動速度
を可変としたり、位置決めの精度を向上さゼたりするこ
とがてきるようになる。
In addition, this type of piezoelectric element 32 can freely set the extension length per cycle by making the application type LF variable, thereby making it possible to make the moving speed of the mouth rad 50 variable and positioning. The accuracy will be improved and you will be able to avoid errors.

尚、本発明の圧電アクチュエータでは小形化、消費電力
の省力化および駆動効率を考慮して圧電素子112.3
2.212に第2図に示す如くの円筒形積層型のものを
用いる例について述べたか、これ以外にも例えば直方体
の様な簡略な形状のものを用いることができることは言
うまでもない。
In the piezoelectric actuator of the present invention, the piezoelectric element 112.3 is used in consideration of miniaturization, power saving, and drive efficiency.
2. In 212, an example using a cylindrical laminated type as shown in FIG. 2 has been described, but it goes without saying that a simpler shape such as a rectangular parallelepiped can also be used.

[発明の効果] 以下説明したように本発明の圧電アクチュ1−夕によれ
ば、ロッドに貫入された左右の圧電素子より成る当該ロ
ッドの各ロック機構のうち、片側を固定とし、他の片側
を、前記各ロック機構の中央に設けた別の圧電素子から
成る伸縮機構により前記ロッドの軸方向へ移動可能に配
置するとともに、前記各圧電素子へ選択的に電圧を印加
し、その電歪作用により前記ロック機構および前記伸縮
機構をそれぞれ懇能せしめることによって、前記ロッド
を尺取り東方式で軸方向(左右)に移動さゼるようにし
たため、構造の簡略化および小形化、消費電力の省力化
が果−1!る、電磁曲射18を4」1除でさる、特に微
1υぽ47/+にお【Jる高fi’j度の位ff’(決
めが行イ1える、等の優れた種々の利点を右づ−る。
[Effects of the Invention] As explained below, according to the piezoelectric actuator 1-2 of the present invention, one side of each locking mechanism of the rod is made of left and right piezoelectric elements penetrated into the rod, and the other side is fixed. is disposed so as to be movable in the axial direction of the rod by an expansion/contraction mechanism consisting of another piezoelectric element provided at the center of each of the locking mechanisms, and a voltage is selectively applied to each of the piezoelectric elements to reduce its electrostrictive effect. By making the locking mechanism and the telescoping mechanism work respectively, the rod can be moved in the axial direction (left and right) in a horizontal manner, which simplifies and downsizes the structure and saves power consumption. The result is 1! The electromagnetic radiation 18 is divided by 4''1, and in particular, it has various excellent advantages such as increasing the degree of high fi'j degree ff' (determination is increased by 1). Right.

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

第1図(a)および(b)(ま、本発明に係る汁電アク
ヂュ]−−タの1実施例を示したものであり、第1図(
a)は断面図、第1図(11)は側面図、第2図は、同
圧電アクチコ王−夕に実装される圧電素子の1例を示づ
一斜視図、第3図G、t、l−圧電アクチュエータの駆
動回路の1実施例を示すフ1ツク図、第4図は、同駆動
回路の動作を説明するためのタイミングヂャー1へ、第
5図は、同駆動回路にお【プるROM67のブータマッ
プを示したものである。 10.20・・・ブラケッ1〜.11.21・・・ホル
ダ、12・・・スプリング、13,23,110,21
0・・・スクリコー、22,30,111,113゜2
11.213・・・スペーサ、32,112゜212・
・・圧電水子、40.41・・・ガイドピン、42,4
3,44,45・・・ナツト、50・・・ロッド、11
4.115,214,215・・・ウェッジ、116、
’216・・・セットスクリコー、320・・・孔、3
21・・・切欠き部、322・・・円板、323・・・
積層体、324・・・平担部、325・・・電極、60
・・・駆動回路、61・・・分極スイッチ、62・・・
起動スイッチ、63・・・カラン1一方向選択スイッチ
、64・・・発振器、65・・・オア回路、66・・・
アップダウンカウンタ(U / Dカウンタ)、67・
・・リードオンリーメモリ(ROM)、68・・・D−
フリップフロップ(D−FF)、69・・・ドライバ。
FIGS. 1(a) and 1(b) show one embodiment of a soup electric actuator according to the present invention, and FIG.
a) is a sectional view, FIG. 1 (11) is a side view, FIG. 2 is a perspective view showing an example of a piezoelectric element mounted on the same piezoelectric actuator, and FIGS. 3G, t, Figure 4 is a schematic diagram showing one embodiment of a drive circuit for a piezoelectric actuator. This figure shows the booter map of the ROM 67. 10.20... Bracket 1~. 11.21... Holder, 12... Spring, 13, 23, 110, 21
0... Scrikou, 22, 30, 111, 113゜2
11.213...Spacer, 32,112°212.
...Piezoelectric water child, 40.41...Guide pin, 42,4
3,44,45...Nut, 50...Rod, 11
4.115,214,215...wedge, 116,
'216...set scrico, 320...hole, 3
21... Notch portion, 322... Disc, 323...
Laminated body, 324... Flat part, 325... Electrode, 60
...Drive circuit, 61...Polarization switch, 62...
Start switch, 63... Callan 1 one-way selection switch, 64... Oscillator, 65... OR circuit, 66...
Up/down counter (U/D counter), 67.
・Read-only memory (ROM), 68...D-
Flip-flop (D-FF), 69...driver.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)両端のいずれか一方に駆動対象物が連結されるロ
ッドに、電圧印加時の電歪作用が当該ロッドの軸方向へ
及ぶように貫入させた第1の圧電素子から成る伸縮機構
と、 前記第1の圧電素子の左端と接する第1のホルダ内に収
容され、電圧印加時の電歪作用を前記ロッドの軸方向へ
及ぼすように当該ロッドに貫入される第2の圧電素子と
、該第2の圧電素子による前記電歪作用を前記ロッドの
軸方向と直交する方向に変位させることにより前記第1
のホルダに対する前記ロッドの軸方向への動きを固定す
るウェッジとから成る第1のロック機構と、 前記第1の圧電素子の右端と接する第2のホルダ内に収
容され、電圧印加時の電歪作用を前記ロッドの軸方向へ
及ぼすように当該ロッドに貫入される第3の圧電素子と
、該第3の圧電素子による前記電歪作用を前記ロッドの
軸方向と直交する方向に変位させることにより前記第2
のホルダに対する前記ロッドの軸方向への動きを固定す
るウェッジとから成る第2のロック機構と、 前記第1および第2のホルダのいずれか一方のホルダを
前記ロッドの軸方向へ移動できないように固定したとき
、他の一方のホルダを前記伸縮機構の伸縮作用に追従さ
せて前記ロッドの軸方向へ移動させ得るバネ力を与える
弾性付与機構と、前記第1、第2、第3の圧電素子に選
択的に電圧を印加する駆動回路と、 を具備したことを特徴とする圧電アクチュエータ。
(1) A telescoping mechanism consisting of a first piezoelectric element inserted into a rod to which a driven object is connected to one of its ends so that the electrostrictive action when a voltage is applied extends in the axial direction of the rod; a second piezoelectric element housed in a first holder in contact with the left end of the first piezoelectric element and penetrated into the rod so as to exert an electrostrictive action in the axial direction of the rod when a voltage is applied; By displacing the electrostrictive action by the second piezoelectric element in a direction perpendicular to the axial direction of the rod,
a first locking mechanism consisting of a wedge that fixes movement of the rod in the axial direction with respect to the holder; and a second locking mechanism that is housed in a second holder that is in contact with the right end of the first piezoelectric element and that prevents electrostriction when a voltage is applied. A third piezoelectric element penetrates into the rod so as to exert an action in the axial direction of the rod, and by displacing the electrostrictive action by the third piezoelectric element in a direction perpendicular to the axial direction of the rod. Said second
a second locking mechanism comprising a wedge that fixes movement of the rod in the axial direction with respect to the holder; and a wedge that prevents movement of one of the first and second holders in the axial direction of the rod. an elasticity imparting mechanism that provides a spring force that allows the other holder to follow the expansion and contraction action of the expansion and contraction mechanism and move in the axial direction of the rod when fixed; and the first, second, and third piezoelectric elements. A piezoelectric actuator comprising: a drive circuit that selectively applies voltage to; and a piezoelectric actuator.
(2)記第1、第2、第3の圧電素子は、それぞれ薄い
円板状の圧電材料を円筒形に積層させて成る特許請求の
範囲第(1)項記載の圧電アクチュエータ。
(2) The piezoelectric actuator according to claim (1), wherein each of the first, second, and third piezoelectric elements is formed by laminating thin disc-shaped piezoelectric materials in a cylindrical shape.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02228264A (en) * 1989-02-23 1990-09-11 Tomohiko Akuta Actuator utilizing piezo or magnetic hysteresis element
JPH02303367A (en) * 1989-05-17 1990-12-17 Ckd Corp Actuator employing piezoelectric or magnetostrictive element
US5017820A (en) * 1990-04-23 1991-05-21 Rockwell International Corporation Piezoelectric rotary union system
US5136201A (en) * 1990-04-27 1992-08-04 Rockwell International Corporation Piezoelectric robotic articulation

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