JPS63174577A - 回転機 - 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】 発明の目的 （産業上の利用分野） 本発明は回転機に関するものである。

（従来技術及び問題点） 従来、電気エネルギーから機械エネルギーに変換してな
る回転機としては直流モータ、誘導モータ、パルスモー
タ等、各種のモータがあり、これら各種モータは使用目
的に応じて選択され使用されていた。さらに、機器の小
形化、高精度化が要求され、この要求に応じたパルスモ
ータ、超音波モータ等の各種の回転機が提案されている
。

本発明の目的は上記した小形化及び高精度化を図ること
ができる従来のモータとは全くその構成を異にする回転
機を提供することにある。

発明の構成 （問題点を解決するための手段） 本発明は上記目的を達成すべく、回転可能に支持された
回転軸の周面を挟持可能な挾持部を備え、その挟持部の
一部が回転軸の周面を圧接する方向に移動可能に設けら
れた回動部材と、前記回転軸の周面を圧接する方向に移
動可能な挟持部を移動させ、前記挾持部と協働して回動
部材を回転軸に対して連結固定させる第１の電気変形素
子と、先端部側が前記回動部材と係合し回転軸を一方向
に回動させるように回動可能に支持された第１０回動ア
ームと、前記第１の回動アームの基端部側に設けられ、
電気変形して前記回動部材と係合し同回動部材を一方向
に回動させる第２の電気変形素子と、先端部側が前記回
動部材と係合し回転軸を前記第１の回動アームによる回
動方向と反対方向に回動させるように回動可能に支持さ
れた第２の回動アームと、前記第２の回動アームの基端
部側に設けられ、電気変形して前記回動部材と係合し同
回動部材を前記第２の電気変形素子による回動方向と反
対方向に回動させる第３の電気変形素子と、前記第１、
第２及び第３の電気変形素子を駆動制御する駆動手段と
を設けてなる回転機をその要旨とするものである。

（作用） 第１の電気変形素子を駆動させ、挟持部が同転軸に挟着
固定している状態で、第１の回動アームの基端部側に設
けられた第２の電気変形素子を駆動させると、同第１の
電気変形素子は伸長し第１の回動アームの先端部側は第
２の電気変形素子の伸長量より増幅された量回動される
。この第１の回動アームにて同第１の回動アームの先端
部側に係合する回動部材が回動され回転軸が回動される
。

そして、第２の電気変形素子が回転軸を一定量回動させ
た後、第１及び第２の電気変形素子の駆動を停止すると
ともに第３の電気変形素子を駆動させると、第１の電気
変形素子は元の状態に復帰することから挟持部が回転軸
の挟着固定から解放されるとともに、第２の電気変形素
子も元の状態に復帰し、又、第３の電気変形素子は伸長
し第２の回動アームの先端部側は前記第２の電気変形素
子による第１の回動アームの回動方向とは反対方向に第
３の電気変形素子の伸長ωより増幅された埴回動される
。この第２の回動アームにて同第２の回動アームの先端
部側に係合する回動部材が前記第２の電気変形素子によ
る回動方向とは反対方向に一定量回動される。以後、前
記動作を繰返すことにより、回転軸は一方向に回転させ
られる。

一方、回転軸を前記とは反対方向に回転させる場合には
、第１９電気変形素子を駆動させ挟持部が回転軸に挟着
固定している状態で、第３の電気変形素子を駆動させる
と、同第３の電気変形素子は伸長し第２の回動アームの
先端部側は第３の電気変形素子の伸長量より増幅された
量回動される。

この第２の回動アームにて同第２の回動アームの先端部
側に係合する回動部材が回動され回転軸が回動される。

そして、第３の電気変形素子が回転軸を一定量回動させ
た後、第１及び第３の電気変形素子の駆動を停止すると
ともに第２の電気変形素子を駆動させると、第１の電気
変形素子は元の状態に復帰することから挟持部が回転軸
の挟着固定から解放されるとともに、第３の電気変形素
子も元の状態に復帰し、又、第２の電気変形素子は伸長
し第１の回動アームの先端部側は前記第３の電気変形素
子による第２の回動アームの回動方向とは反対方向に第
２の電気変形素子の伸長量より増幅された量回動される
。この第１の回動アームにて同第１の回動アームの先端
部側に係合する回動部材が前記第３の電気変形素子によ
る回動方向とは反対方向に一定量回動される。以後、前
記動作を繰返すことにより、回転軸は反対方向に回転さ
せられる。

（実施例） 以下、この発明を具体化した一実施例を図面に従って説
明する。

第１図及び第２図に示すように、回転機は太きく分けて
ボディ１と同ボディ１に取着された駆動機構部２から構
成されている。前記ボディ１は対向する一対の支持プレ
ート１ａがその一端にて連結されコ字状に形成されてい
る。その支持プレート１ａには軸受部１ｂが設けられて
いる。

回転軸３は前記軸受部１ｂに回転可能に軸支されている
。回動部材としてのホルダ４はボディ１の支持プレーｔ
ｌａ間に配設され、前記回転軸３を貫通させているとと
もに、その右端部には係合突起４ａを形成している。ホ
ルダ４はその側面を透設して孔５を形成し、その孔５の
一部内面を断面円弧状に形成して挟持部としての挾持面
６を設け、その挟持部６を前記回転軸３に対向させてい
る。

第１の電気変形素子としてのピエゾ素子よりなるチャッ
ク用圧電素子７は電圧を印加すると伸長する素子であっ
て、ホルダ４の孔５内に配置されその後端部が前記挟持
面６と反対側の側面に固着され先端部には挟持部として
のチャック８が固設されている。

チャック８は前記挟持面６に対して相対向する位置に配
設され、同チャック８には前記挟持部６と対向する側面
を断面円弧状に形成して挟持面９を設け、その挟持面９
は前記チャック用圧電索子７の伸長により回転軸３の周
面を圧接する方向に移動されるようになっている。

従って、チャック用圧電素子７に電圧が印加されて同素
子７が伸長すると、チャック８が面方に移動、即ち各挾
持面６，９が回転１［！１３に圧接されることになる。

その結果、各挟持部６．９は回転軸３に挟着することか
ら、ホルダ４は回転軸３に対して連結固定される。

ブラケット１０は前記ボディ１内に配置され、その基端
部が同ボディ１の連結部１Ｃに固設されている。ブラケ
ット１０の先端部には前記ホルダ４と対向して上側に第
１の回動アーム１２が、又、下側に第２の回動アーム１
３が設けられている。

その両回動アーム１２．１３の先端部はホルダ４の係合
突起４ａの上下両面位置まで延設されるとともに、同先
端部にはその係合突起４ａと係合する作動突起１４．１
５が形成されている。この第１及び第２の回動アーム１
２．１３の基端には切り込み部１６が形成され同切り込
み部１６の弾性変形にて、両回動アーム１２．１３が同
切り込み部１６を中心に回動可能になっている。

第２の電気変形素子としてのピエゾ素子よりなる第１の
回転用圧電素子１７及び第３の電気変形素子としてのピ
エゾ素子よりなる第２の回転用圧電索子１８はそれぞれ
電圧を印加すると伸長する素子であって、その後端部が
ボディ１の連結部１Ｃの内面に固着されるとともに、先
端部が突子１７ａ、１８ａを介して前記第１及び第２の
回動アーム１２．１３の背面、即ち基端部に接している
。そして、第１及び第２の回転用圧電素子１７゜１８が
印加されて画素子１７．１８が伸長すると、突子１７ａ
、１８ａにてその伸長力が集中して第１及び第２の回動
アーム１２．１３に伝達される。

その結果、第１の回動アーム１２は切り込み部１６の弾
性力に抗して第１図において反時計方向に回動され、一
方、第２の回動アーム１３は切り込み部１６の弾性力に
抗して第１図において時計方向に回動される。従って、
第１及び第２の回動アーム１２．１３の作動突起１４．
１５は係合突起４ａ、即ちホルダ４を反時計及び時計方
向に回動させることになる。この時、第１及び第２の回
転用圧電素子１７．１８は回動中心となる切り込み部１
６に近い回動アーム１２．１３の基端部に固着されでい
るので、同素子１７．１８の僅な伸長でも切り込み部１
６より遠い作動突起１４゜１５の回動量は大きくなる。

第３図はチャック用圧電素子１．第１及び第２の回転用
圧電素子１７．１８を駆動制御する駆動装置の電気的構
成を示し、駆動手段としての制御回路１９は前記回転軸
３を正逆回転させるための外部信号が入力され、前記チ
ャック用圧電素子１．第１及び第２の回転用圧電素子１
７．１８に印加する駆動電圧のタイミングを指令する駆
動制御信号を各駆動回路２０〜２２に出力する。駆動回
路２０〜２２はこの駆動制御信号に応答して各圧電素子
７．１７．１８に駆ｖＪ電圧を印加するようになってい
る。

次に、上記のように構成された回転機の作用を第４図（
ａ）〜（ｄ）に基づいて説明する。

今、第４図（ａ）に示すように、チャック用圧電素子７
及び第１の回転用圧電素子１７を印加し、第２の回転用
圧電素子１８の印加を停止させた状態にある。即ち、こ
の状態はチャック用圧電素子７は伸長しホルダ４が回転
軸３を挟持固定している。又、第２の回転用圧電素子１
８が伸長せずに第２の回動アーム１３が水平状態にあり
、又、第１の回転用圧電素子１７が伸長して第１の回動
アーム１２を反時計方向に回動し、作動突起１４が係合
突起４ａを介してホルダ４を時計方向に回動させている
。

この状態から第１の回転用圧電素子１７の印加を停止す
るとともに第２の回転用圧電素子１８を印加させると、
第１の回転用圧電素子１７の収縮にて第１の回動アーム
１２が水平状態に戻るとともに第２の回転用圧電素子１
８が伸長し第２の回動アーム１３にてその僅かな伸長が
同アーム１３先端においては増幅され大きな回動量とな
る。よって、第４図（ｂ）に示すように第２の回動アー
ム１３は時計方向に回動し、作動突起１５が係合突起４
ａを介してホルダ４を時計方向に回動させることとなる
。この時、回転軸３はホルダ４と連結固定されているの
で、ホルダ４と共に回動する。

そして、第２の回転用圧電素子１８が完全に伸長し回転
軸３を一定ｍ回動させた後、チャック用圧電素子７に印
加する電圧を切ると、チャック用圧電素子７は収縮する
ことからチャック８は元の状態に復帰する。この復帰に
基づいて、第４図（Ｃ）に示すように挟持面６．９は回
転軸３の挟着から解放されホルダ４は回転軸３に対して
連結固定状態から解除される。

続いて、第２の回転用圧電素子１８に印加する電圧を切
るとともに第１の回転用圧電素子１７を印加する。する
と、第２の回転用圧電素子１８が収縮し第２の回動アー
ム１３が元の水平状態に復帰するとふちに第１の回転用
圧電素子１７が伸長し第１の回動アーム１２にてその僅
かな伸長が同アーム１２先端においては増幅され大きな
回動量となる。よって、第１の回動アーム１２は反時計
方向に回動し、第４図（ｄ）に示すように作動突起１４
が係合突起４ａを介してホルダ４を時計方向に回動させ
ることとなる。この時、回転軸３はホルダ４との連結固
定が解除されているので回動しない。

そして、チャック用圧電素子７に電圧を印加しホルダ４
が回転軸３を挟持して、以後、前記動作を繰り返すこと
により、回転軸３は反時計方向に回転させられる。

一方、回転軸３を時計方向に回転させる場合には、次の
動作を行なえばよい。

即ち、第１の回転用圧電素子１７の印加を停止し第１の
作動アーム１２を水平状態にし、第２の回転用圧電素子
１８を印加し第２の作動アーム１３を回動状態にし、更
に、チャック用圧電素子７を印加しホルダ４が回転軸３
を挟持固定した状態にする。この状態から、第２の回転
用圧電素子１８の印加を切るとともに第１の回転用圧電
素子１７を印加し第１の作動アーム１２を回動させホル
ダ４を時計方向に回動させる。このホルダ４の回動に伴
い同ホルダ４に挟持固定されている回転軸３も回動する
。

さらに、チャック用圧電素子７の印加を停止しホルダ４
による回転軸３の挟持を解放し、又、第１の回転用圧電
素子１７の印加を停止するとともに第２の回転用圧電素
子１８を印加すると第２の回動アーム１３の回動により
ホルダ４のみが回動される。この動作を繰り返すことに
より、回転軸３は時計方向に回転させられる。

このように、本実施例においては各圧電素子７゜１７．
１８に予め定めたタイミングの印加電圧、即ちパルス電
圧に基づいて回転軸３を回転させることから回転軸３を
ステップ駆動させることができる。しかも、本実施例の
回転機はチャック用圧電素子７を取着したホルダ４と第
１及び第２の圧電素子１７．１８を取着した第１及び第
２の回動アーム１２．１３を相対向させて配置しただけ
で回転軸４を回転させる構成なので、その構成は従来の
回転機に比べて非常に簡単でかつ全体として非常に小形
化することができる。

又、ホルダ４の係合突起４ａと第１及び第２の回転用圧
電素子１７．１８との間に第１及び第２の回動アーム１
２．１３を介在させたことにより各回転用圧電素子１７
．１８の僅かな伸長に基づいて回動アーム１２．１３の
先端部は同素子１７゜１８の伸長ｍより増幅された量回
動され回転軸３は回動するため、各回転用圧電素子１７
．１８の僅かな伸長により確実に回転軸３を回転させる
ことができる。

さらに、第１及び第２の回転用圧電素子１７゜１８の僅
かな伸長に基づいて回転軸３は回動するため、その回転
角は非常に小さく高分解能の回転機として利用すること
が可能となる。しかも、圧電素子１７．１８の伸長する
力は大きいので、回転機の大きさの割りには高トルクを
得ることができる。さらに、第１及び第２の回動アーム
１２゜１３の長さを変えることによって回転角及びトル
クを適宜変更することもできる。

尚、この発明は前記実施例に限定されるものではなく、
例えば回動アームはその形状が直線的に延設されたもの
の他、各種の形状のものを使用してもよい。

又、前記チャック用圧電素子１．第１及び第２の回転用
圧電素子１７．１８の電圧印加のタイミングは前記実施
例に限定されるものではなく、要は回転軸３を一方向に
回転するタイミングであれば適宜変更して実施してもよ
い。

さらに、上記実施例では回転軸３の正逆回転を１つの駆
動機構部２で行ったが、第５図及び第６図に示すように
、２つの駆動機構部（第１の駆動機構部２５及び第２の
駆動機構部２６）を設り、第７図に示す各圧電素子２７
ａ、２７ｂ、２９ａ。

２９ｂ、３０ａ、３０ｂへの印加信号ＳＧ１〜ＳＧ６に
て（印加タイミングにて）回転動作を行うようにしても
よい。即ち、 （ステップ１） 第１の駆動機構部２５においては、チャック用圧電素子
２７ａを印加しホルダ２８ａにて回転軸３を挟持固定す
るとともに第１の回転用圧電素子２９ａを印加し、又、
第２の回転用圧電素子３０ａの印加を停止して第１の回
動アーム３１ａを回動状態にし、第２の回動アーム３２
ａを水平にする。

第２の駆動機構部２６においては、チャック用圧電素子
２７ｂの印加を停止しホルダ２８ｂによる回転軸３の挟
持を解放するとともに第１の回転用圧電素子２９ｂの印
加を停止し第１の回動アーム３１ｂを水平にし、又、第
２の回転用圧電素子３０ｂを印加し第２の回動アーム３
２ｂを回動状態にする。

（ステップ２） 第１の駆動機構部２５における第１及び第２の回転用圧
電素子２９．ａ、３０ａの印加状態を逆にするとともに
第２の駆動機構部２６における第１及び第２の回転用圧
電素子２９ｂ、３０ｂの印加状態を逆にし、第１の駆動
機構部２５の第２の回動アーム３２ａの回動にて第１の
駆動機構部２５のホルダ２８ａ及び回転軸３を反時計方
向に回動させるとともに第２の駆動機構部２６の第１の
回動アーム３１ｂの回動にて第２の駆動機構部２６のホ
ルダ２８ｂを時計方向に回動させる。

（ステップ３） 第２の駆動機構部２６のチャック用圧電素子２７ｂを印
加し第２の駆動機構部２６のホルダ２８ｂによる回転軸
３の挟持固定を行う。

（ステップ４） 第１の駆動機構部２５のチャック用圧電素子２７ａの印
加を停止し第１の駆動機構部２５のホルダ２８ａによる
回転軸３の挟持固定を解除する。

（ステップ５） 第１の駆動機構部２５における第１及び第２の回転用圧
電素子２９ａ、３０ａの印加状態を逆にするとともに第
２の駆動機構部２６における第１及び第２の回転用圧電
素子２９ｂ、３０ｂの印加状態を逆にし、第１の駆動機
構部２５の第１の回動アーム３１ａの回動にて第１の駆
動機構部２５のホルダ２８ａを時計方向に回動させると
ともに第２の駆動機構部２６の第２の回動アーム３２ｂ
の回動にて第２の駆動機構部２６のホルダ２８ｂ及び回
転軸３を反時計方向に回動させる。

（ステップ６） 第１の駆動機構部２５のチャック用圧電素子２７ａを印
加し第１の駆動機構部２５のホルダ２８ａにより回転軸
３を挟持固定する。

以後、同様の動作を行うことにより回転軸３が反時計方
向に回転される。

又、回転＠３を時計方向に回転させるには上記ステップ
順（１→６）に対し逆のステップ（６→５→４→３→２
→１）動作を行えばよい。

この２つの駆動機構部２５．２６を使用する場合におい
ては、常にいずれかのホルダ２８ａ。

２８ｂにて回転軸３が挟持されているので一方の挟持を
解放したときも回転軸３の位置ずれを防止することがで
きる。

尚、この場合、各圧電素子２７ａ、２７ｂ。

２９ａ、２９ｂ、３０ａ、３０ｂの電圧印加のタイミン
グは制御回路１９にて駆動制御されることになる。

発明の効果　・ 以上詳述したように、この発明の回転機によれば、従来
の回転機とはまったく構成が異なり、非常に簡単な構造
で小形化及び高精痕化を図ることができるとともに、電
気変形素子による僅かな変位量を回動アームにて増幅す
ることにより確実に回転軸を回動させることができる優
れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】 第１図から第４図はこの発明を具体化した一実施例を示
し、第１図は回転機の縦断面図、第２図は回転機の平面
図、第３図はこの回転機の電気的構成を示す電気ブロッ
ク回路図、第４図（ａ）〜（ｄ）は回転機の動作説明図
、第５図は他の実施例を示す回転機の要部側面図、第６
図は同じく平面図、第７図は同じくその各圧電素子への
印加信号を示すタイムチャート図である。 図中、１はボディ、２は駆動機構部、３は回転軸、４は
回動部材としてのホルダ、６，９は挟持部としてめ挾持
面、７は第１の電気変形素子としてのチャック用圧電素
子、８は同じく挟持部を構成するチャック、１２は第１
の回動アーム、１３は第２の回動アーム、１７は第２の
電気変形素子としての第１の回転用圧電素子、１８は第
３の電気変形素子としての第２の回転用圧電素子、１９
は駆動手段としての制御回路、２５は第１の駆動機構部
、２６は第２の駆動機構部、２７ａ、２７ｂは第１の電
気変形素子としてのチャック用圧電素子、２８ａ、２８
ｂは回動部材としてのホルダ、２９ａ、２９ｂは第２の
電気変形素子としての第１の回転用圧電素子、３０ａ、
３０ｂは第３の電気変形素子としての第２の回転用圧電
素子、３１ａ。 ３１ｂは第１の回動アーム、３２ａ、３２ｂは第２の回
動アームである。 特許出願人　　株式会社　豊田自動織機製作所代　理　
人　　弁理士　　恩１）博宣 第５図 第６図 （ａ） （ｂ） ４図 ＜ｃ） （ｄ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．回転可能に支持された回転軸の周面を挾持可能な挾
   持部を備え、その挾持部の一部が回転軸の周面を圧接す
   る方向に移動可能に設けられた回動部材と、 前記回転軸の周面を圧接する方向に移動可能な挟持部を
   移動させ、前記挾持部と協働して回動部材を回転軸に対
   して連結固定させる第１の電気変形素子と、 先端部側が前記回動部材と係合し回転軸を一方向に回動
   させるように回動可能に支持された第１の回動アームと
   、 前記第１の回動アームの基端部側に設けられ、電気変形
   して前記回動部材と係合し同回動部材を一方向に回動さ
   せる第２の電気変形素子と、先端部側が前記回動部材と
   係合し回転軸を前記第１の回動アームによる回動方向と
   反対方向に回動させるように回動可能に支持された第２
   の回動アームと、 前記第２の回動アームの基端部側に設けられ、電気変形
   して前記回動部材と係合し同回動部材を前記第２の電気
   変形素子による回動方向と反対方向に回動させる第３の
   電気変形素子と、 前記第１、第２及び第３の電気変形素子を駆動制御する
   駆動手段と を設けてなる回転機。