JPS6223382A - 回転型アクチユエ−タ - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は圧電素子の振動により回転力を得るようにした
回転型アクチュエータに関するものである。

〔発明の概要〕

本発明は、円筒状圧電素子の内周面及び外周面のうちの
一方の面に少な（とも１個の電極を設けると共に、他方
の面に複数個の電極を設け、上記複数個の電極に複数相
の交流電圧を加えるように成し、さらにこの円筒状圧電
素子と回転軸とを嵌合したことにより、駆動部が軸受け
を兼ねた回転軸アクチュエ、−夕を提供するものである
。

〔従来の技術〕

モータ、電磁ソレノイド等のような、駆動力を得るため
のアクチュエータは固定部と移動部とから成り、さらに
固定部と移動部とを分離する受は部が不可欠なものとな
っている。モータ等の回転型アクチュエータの場合は、
上記受は部として軸受けが用いられている。この軸受け
としては、ボールベアリングや含油メタル等が広く用い
られている。

また本出願人により、特願昭５８−２１２０６号、特願
昭５８−１５００７２号等において、圧型素子の振動を
利用して回転力を得るようにした弾性波モータが提案さ
れている。この弾性波モータは、リング状弾性体の軸方
向に垂直な一方の面に複数個の圧電素子を配列すると共
に、反対側の面にリング状又は円板状の回転体を圧接さ
せて成り、上記複数個の圧電素子を２組に分けて各組の
圧電素子に９０゛の位相差を有する駆動電圧を加えるこ
とにより、、上記リング状弾性体に円周方向に沿って進
行する弾性波を発生させ、この弾性波によって、上記回
転体を回転駆動するようにしたものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の回転型アクチュエータの軸受けとして用いられて
いるボールベアリングや含油メタルは高価であり、コス
トアップを招くことになる。また軸受けが不可欠となる
ため、アクチェエータを小型、軽量化する場合に限界が
生じる。また従来の電磁モータは電機子コイルが必要で
あり、モータの小型、軽量化を困難にしている。

前述した弾性波モータの回転体はリング状又は円板状の
ものが用いられ、通常のモータのように軸体を回転させ
るものではないため、用途がある程度限定される憾みが
あった。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明においてはミ円筒形状圧電素子の内周面及び外周
面に電極を設けると共に、この電極が設けられた円筒形
圧電素子と軸体とを嵌合するようにしている。

〔作用〕

円筒形圧電素子が駆動部と軸受けを兼用することができ
、またコイルを用いることなく軸体を回転させることが
できる。

〔実施例〕

第１〜３図は本発明の第１の実施例を示すものである。

第１図において、基台１０両端部には一対の支持部２が
一体的に形成され、この支持部２には夫々円形の凹部３
が対向して設けられている。これらの凹部３にはウレタ
ン樹脂等から成る一対の円筒状弾性体４が夫々嵌合固着
され、さらにこれらの弾性体４の内側に、第２図に示す
構造を有する一対の円筒状駆動部５が夫々嵌合固着され
ている。

そして軸体６の両端部が上記一対の駆動部５に回転自在
に軸支され、この軸体６は、その両端面を一対のスチー
ルボール７により軸方向に規制されている。

上記駆動部５は第２図に示すように、長さｌを有する円
筒状を成す圧電素子８の内周面に１個の電極９が設けら
れると共に、外周面に４個の電極１０１〜１０４が設け
られて成るものである。

上記円筒状圧電素子８は、矢印で示すように内側から外
側に向かう方向に分極されたものが用いられている。電
極１０．〜１０．は圧電素子８の全周長さを４等分−４
するように配されている。

上記軸体６はこの駆動部５の内側の電極９に接触するよ
うにして、回転自在に嵌合されている。

第３図は駆動回路の実施例を示すものである。

図において、交流駆動電源１１から得られる駆動電圧は
アンプ１２を通じて電極１０．に加えられると共に、９
０”移相器１３により９０゛移相された後、アンプ１４
を通じて電極１０□に加えられる。上記駆動電圧はさら
に１８０°移相器１５により１８０°移相された後、ア
ンプ１６を通じて電極１０３．に加えられると共に、２
７０°移相器１７により２７０°移相された後、アンプ
１８を通じて電極１０．に加えられる。また電極９は接
地されている。以上によれば、各電極１０Ｉ〜１０４に
は順次に９０°づつ位相のずれた電圧が加えられる。即
ち、電極１０．に加えられる電圧をｃｏｓωｔとすれば
、電極１０２．１０２，１０４には夫々ｓｉｎωｔ、　
−ｃｏｓ　ωｔ、　−５ｔｎ　ωｔの電圧が加えられる
ことになる。

この結果、圧電素子８の、各電極Ｌｏｔ〜１０４と電極
９とで挟まれた長さλ／４の部分８．〜８４には、順次
に９０°ずつ位相のずれた半径方向の振動が発生し、こ
の振動が円周方向に沿って一方向に進行する。即ち、圧
電素子８の円周方向に沿って波長λの進行波が生じるこ
とになり、この進行波の振動が軸体６に伝えられること
により、この軸体６が回転する。

第４図は本発明の第２の実施例を示すもので、第３図と
対応部分には同一符号を付しである。

本実施例においては、圧電素子８の分極方向を、図の矢
印で示すように前記部分８３．８□において内側から外
側に向かう方向とし、前記部分８１．８４において外側
から内側に向かう方向としている。これと共に、駆動電
源１１の駆動電圧をアンプ１２．１６を通じｃｏｓωｔ
として電極１０．。

１０、に加え、上記駆動電圧を９０”移相器で９０°移
和させた電圧をアンプ１４．１８を通じｓｉｎ　ωｔと
して電Ｆｔｘｌ　Ｏｚ　、１０４に加えるようにしてい
る。

上述した第１及び第２の実施例の外に圧電素子８の分極
方向と、電極１０＋　〜１０４に加える電圧の位相を種
々選ぶことができる。

第５図は本発明の第３の実施例を示すもので、第１図と
対応部分には同一符号を付しである。

第５図において、軸体６の端部には凹部１９が設けられ
ると共に、支持部２には凸部２０が設けられている。上
記駆動部５は上記凹部１９の中に嵌合され、この駆動部
５に弾性体４を介して上記凸部２０が嵌合されている。

上記構成によれば、圧電素子ｉに発生する進行波が駆動
体５の外周面から軸体６に伝えられることにより、この
軸体６が回転する。

上記第１〜第３の各実施例に用いられている駆動部５は
、内側に１個の接地用電極９が設けられ、外側に４個の
駆動用電極１０．〜１０４が設けられているが、外側に
電極９を設け、内側に電極１０、〜ＩＱＪを設けてもよ
い、、を掻１０．〜１０４は４個に限らず、最小２個か
ら２Ｘｎ個まで用いることができる。また駆動電圧は最
低２相を必要とする。さらに駆動部５は、内側に１個の
接地用電極と複数個の駆動電極とを設けると共に、外側
にも同様に１個の接地用電極と複数個の駆動用電極を設
けるように構成してもよい。

また圧電素子８には、軸体６の回転に寄与する半径方向
の振動の外に、軸方向（第２図の長さｌの方向）の振動
も発生する。この軸方向の振動が回転に影響を及ぼすこ
とを防ぐためには、半径方向の振動の周波数が、軸方向
の振動の共振周波数よりも低くなるようにすればよい。

このためには駆動体５の長さβを、半径方向の振動の１
波長λに対して略ｒくλ／４の関係となるように選定す
ればよい。

〔発明の効果〕

各実施例から明らかなように、圧電素子を用いた駆動部
自体が軸受けを兼ねているので、従来用いられていた高
価な軸受けを省略することができると共に、コイルを省
略することができる。このためコストダウンを図ること
ができると共に、小型、軽量化に非常に有利となる。ま
た軸体を回転させているので、従来の通常の電磁モータ
と同様に広範囲に使用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１〜３図は本発明の第１の実施例を示すもので、第１
図は側面断面図、第２図は要部の斜視図、第３図は駆動
回路図、第４図は本発明の第２の実施例を示す回路図、
第５図は本発明の第３の実施例を示す要部の側面断面図
である。 なお図面に用いた符号において、 ５−・・−−一−−・−・−駆動部 ６・−−−−−−一一−−−−−−−−−−−軸体８−
−−−−−−一・−・−・−−−−−一円筒状圧電素子
９−−−〜−一−−・−−−一−−〜−−−−電極１０
、〜１０４・−電極 である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 円筒状圧電素子の内周面及び外周面のうちの一方の面に
   少なくとも１個の電極を設けると共に、他方の面に複数
   個の電極を設け、 上記複数個の電極に所定の位相差を有する交流電圧を加
   えるように成し、 上記電極が設けられた円筒状圧電素子と軸体とを嵌合し
   て成る回転型アクチュエータ。