JPH011481A

JPH011481A - 圧電アクチュエ−タ−

Info

Publication number: JPH011481A
Application number: JP62-155353A
Authority: JP
Inventors: 勝山本
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Filing date: 1987-06-24
Publication date: 1989-01-05
Anticipated expiration: 2011-07-31

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」この発明は、電気エネルギーを応力や変位などの機械エ
ネルギーに換える圧電素子を使用したアクチュエーター
に関し、ロボットをはじめとするメカトロニクス関連装
置、カメラなどの光学機器等の回転駆動力源として有効
に利用することができる。

ｒ従来の技術」圧電素子を利用した回転駆動装置は従来から知られてい
る。

この種の装置は圧電素子の伸縮にしたがって振動する振
動子の一他部に爪部を形成し、この爪部をドラム形のロ
ーター表面に当接してローターの接線方向に変位させる
構成のものが多い。

この装置は爪部が振動を繰り返すことでローターが回転
し、他の装置に回転駆動力を伝達する。

なお、圧電素子は一般に積層形圧電素子が用いられてい
る。

「発明が解決しようとする問題点」上記したような回転駆動装置は振動子の振動、つまり、
爪部が非常に少ない変位量で振動するため次のような問
題がある。

（１）　振動子は一方端に爪部があるから、その他端部
を固定した片持ち支持となる。そのため。

支持部に機械的ガタや弛みなど多少なりとも生ずると、
振動子の振動がこの支持部に吸収され爪部に伝達されな
くなる。

（２）　ローターはその表面状態や真円度を高精度に保
たないかぎり回転効率が低下するため、これには精密加
工が８粟となる。

（３）　振動子の爪部はローターに対して適度な当接力
で接触させるので、振動子やローターなどの配置に精密
さが要求される。

実際には、全くガタなく振動子を取り付けることば回想
であるし、また、上記（２）、（３）などの問題がある
ために、実用上効果的に回転駆動力を伝達できるこの種
の装置は極めて少ない。

「問題点を解決するための手段」本発明は−Ｌ記した問題点に鑑み開発したもので、対向
腕を有するほぼＣ字形或いはコ字形などの振動子の腕間
に圧電素子を備えると共に、上記振動子の一方腕に第１
の爪部を、他方腕に第２の爪部を各々設け、さらに、互
いに連動させたドラム形の２つのローターを設けると共
に、上記第１の爪部を一方のローターの表面に、上記第
２の爪部を他方のローターの表面に各々対接させるよう
に上記振動子に押圧勢力を加えて構成し回転駆動力を得
ることを特徴とする圧電アクチュエーターを提案する。

「作　用」本発明の圧電アクチュエーターは振動子の２つの腕が圧
電素子の伸縮によって振動し、これら各腕の爪部が僅か
な変位量で振動を繰り返す。これより、一方のローター
が第１の爪部により、他方のローターが第２の爪部によ
って共に回動される。

また、２つのローターは連動させであるので、これら２
つのローターの互助作用による回転力が一方または両方
のローターより回転駆動力として出力される。

［実施例」次に、本発明の実施例について図面に沿って説明する。

第１図は本発明の原理を示す圧電アクチュエーターの概
略図であり、１１はステンレス資材で形成したＣ字形の
振動子で、この一方腕１１ａと他方腕１，１ｂとの間に
積層形圧電素子１２がこれら各腕に接合するようにして
配置しである。この圧電素子１２は積層縦効果素子であ
って、その伸縮作用により一方腕１１ａと他方腕１１ｂ
とを図示実線と仮線のように振動させる。

また、この振動Ｔ−１１の各腕の先端部は図示する如く
圧電素子１２の伸長方向に向かって鋭角としたＶ字形の
第１の爪部１１ｃと第２の爪部Ｌｔｄとが形成してあり
、各腕の振動によってこれら第１、第２の爪部ｌｉｅ、
Ｌｔｄを図示矢印１３ａ、１３ｂのように変位させる構
成としである。

１４．１５は支軸１６．１７を支点として回転自在に設
けたドラム形のローターで、これらは燐青銅材で形成し
てあり、また、ローター１４には歯車１８を、ローター
１５には歯車１９を一体的に固着し、これら歯車１８，
１’０を噛合させるようにして各ローター１４．１５と
を互いに連動させである。

上記したローター１４にはその周面に第１の爪部１１ｃ
を、ローター１５にはその周面に第２の爪部ｌｉｄを各
々適度の押圧力で当接させるように撮動子１１には図示
矢印２ｏ方向に押圧勢力を与えである。

上記した圧電アクチュエーターにおいて、圧電素子１２
に給電すると、この圧電素子がΔｄだけ伸長（歪み）し
、各腕１１ａ、ｌｌｂがΔｄ／２だけ開くように押動さ
れる。したがって、第１の爪部１１ｃと第２の爪部ｌｉ
ｄが点線矢印１３ａ、１３ｂ方向に変位するため、第１
の爪部１１ｃがローター１４を押し回しなからａ、〜ａ
２位置に移り］同様に第２の爪部ｌｉｄがローター１５
を押し回しながらｂ１〜ｂ２位置に移る。

圧電素子１２に対する＃ｉ電を遮断すると、圧電素子１
２の短縮作用によって各腕１１ａ、ｌｌｂが実線位置に
戻るので、第１の爪部１１ｃ及び第２の爪部ｌｉｄが実
線矢印１３ａ、１３ｂ方向に変位する。

このとき第１の爪部１１ｃと第２の爪部Ｌｉｄが各ロー
ター１４．１５の周面に対して爪を立てない状態（楔か
ら抜ける方向）となる関係で、ローター周面を滑りなが
ら変位し、各ローター１４．１５が静止したままとなる
。

再び圧電素子１２に給電すると、各ローター１４゜１５
が上記同様に回動される・このように圧電素子１２の給電と遮断とを繰り返すこと
によって、ローター１４が反時計方向に、ローター１５
が時計方向に間欠的に回転する。

２つのローター１４．１５は歯車１８．１９によって連
結されるので、これらローターに互助作用が働き、さら
に、ばね等によって矢印２０の方向に押圧されているの
で、振動子の固定構造やローターの偏心等にかかわらず
、圧電素Ｔ−［２の微小変化が有効に回転駆動力に変換
される。

第２図は上記の原理を応用して１相１１動方式として実
施した圧電アクチュエーターの一例を示す。

この実施例では、基板２１に設けた固定ピン２２ａ、２
２ｂを振動子１１の各腕１１ａ、１１ｂ外面に余裕をも
って接するように、同様の固定ピン２２ｃを各腕１１ａ
、ｌｌｂの先端部間に配設して振動子１１の横方向（第
２図−ヒ）の動きを案内するようにしてあり、また、振
動子１１の背面には基板２１に螺合した調整ねじ２３に
よって弾発調整できる板ばね２４を設けて振動子１１を
押圧し、第１の爪部１１ｃと第２の爪部ｌｉｄとを最良
の状態で各ローター１４．１５の周面に圧接させる構成
としである。

この実施例ではローター１４．１５の回動駆動力が歯車
１９に噛合させた今一つの歯車２５より取り出される。

なお、その他の構成は第１図と同様である。

本発明を実施するに際しては１相駆動方式にかぎらず、
第１図に示した発明の原理にもとづき複数相駆動方式と
して実施することができる。

第３図は２相邪動方式として実施した一例を示す。

この実施例では、支軸２６に回転自在に軸支させた第３
０−ター２７を第２図実施例の＠巾２５に換えて付加構
成すると共に、このローター２７に一体的に備えた歯車
２８を上記第２０−ター１５の歯車１９に噛合させであ
る。

そして、これら第２０−ター１５と第３０−ター２７に
は新らたに設けた振動子２９の第１の爪部２９ｃと第２
の爪部２９ｄとを当接する構成としである。なお、振動
子２９及び圧電素子３０の構成は上記した振動子１１．
圧電素子１２に比べて変りなく、その他、３１ａ〜３１
ｃは振動子２９の移動を案内する固定ピン、３２は調整
ねじ、３３は板ばねを示し、これらは振動子２９に対し
て押圧勢力を加えるものである。

上記実施例において、圧電素子１２を給電する給電圧Ｖ
ｌと圧電素子３０を給電する給電圧ｖ２とに１８０°の
位相差を与える。

例えば＋ｖｔ＝Ｉ”：　ｓ　ｉ　ｎ　ｘ＋Ｖ２＝Ｅ　ｓ
　ｉ　ｎ　（ｘ＋７　π）とする。

このようにすると、振動子１１の各爪部ｌｉｅ、ｌｉｄ
が開き変位して各ローター１４．１５を押し回すように
進むとき、他の振動子２９の各爪部２９ｃ、２９ｄが各
ローター１５．２７の周面を滑りながら戻る。この逆に
各爪部２９Ｃ，２９ｄが各ローター１５．２７を押し回
すように進むとき他の爪部１１　ｃ、、ｌｌｄが戻る。

この動作によって、爪部１１ｃ、ｌｉｄまたは爪部２９
ｃ、２９ｄが戻る時に生ずることがある日−ターの微小
な逆回動を抑制すると共に、各ローターを連続して回転
駆動する。このため１回転効率がさらに向上する。

第４図は３相關動方式として実施した一例を示す。

この実施例は各部材をケーシング３４内に組み込んで一
個のモーターとして構成しである。

モーター軸３５に固定して軸支した中心ローター３６に
は、三方に配置した第１〜第３振動子３７．３８．３９
の第１の爪部が当接してあり、また。

中心ローター３６に一体的に設けた歯車４０には三方に
配置した歯車４１，４２．４３が噛合しである。歯車４
１．４２．４３の各々は第１〜第３振動子３７．３８．
３９の第２の爪部を当接した第１〜第３０−ター４４．
４５．４６の各々に一体的に設けられている。なお、４
７ａ〜４７ｃは振動Ｔ−３７〜３９の各々に押圧勢力を
与える板ばね、４８ａ〜４８ｃは振動子３７〜３９各々
の移動を案内する固定ピン、４９〜５１は振動子３７〜
３９の各々に備えた圧電素子、５２〜５４は第１〜第３
０−ター４４〜４６の支軸である。

このモーターでは、圧電素子４９の給電々圧Ｖい圧電索
子５０の給電々圧ｖ２、圧電素子５１の給電々圧ｖＪに
１２０″の位相差を与える。例えば。

Ｖ□＝Ｅ　ｓ　ｉ　ｎ　（ｘ−２／３７Ｃ）　、　Ｖ２
＝Ｅｓ　ｉ　ｎｘ、　Ｖ、＝Ｅ　ｓ　ｉ　ｎ　（ｘ＋２
／　３　π）とする。

このようにして、第［〜第３＠動子３７〜３９の各爪部
を順次進み動作させることによって中心ローター３６が
連続回転する。

また、中心ローター３６は第１〜第３振動子３７〜３９
の第１の爪部によって駆動されるロガ、第１〜第３振動
子３７〜３９の第２の爪部によって駆動される第１〜第
３０−ター４４〜４６及びこれらに設けた歯車４１〜４
３を介して駆動されるので強力な回転力となり、これが
モーター軸３５から出力される。

以上、本発明の実施例に付いて説明したが、振動子の形
状や構成資材、ローターの数や構成資材などについては
必要に応じて変更することができる。

「発明の効果」上記した通り、本発明に係る圧電アクチュエーターは、
互いに連動された２つのローターの一方に当接させた第
１の爪部と、その他方に当接させた第２の爪部とを有す
る振動子を圧電素子の伸縮作用によって振動させると共
に、各爪部がローターに適当な押圧力で当接するように
振動子に押圧勢力を与える構成としたことから、振動子
の取り付けやその配置などの問題が極めて少なく、振動
子の微小振動が各爪部を介して各ローターに確実に伝達
され、また、２つのローターには互助作用が働くので、
各ローターの真円度の若干の誤差などに関係なく効率よ
く回転駆動力を出力する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理を示す圧電アクチュエーターの概
略図、第２図は本発明を１相駆動力式として実施した一
例を示す圧電アクチュエーターの正面図、第３図は本発
明を２相邸動方式として実施した一例を示す圧電アクチ
ュエーターの正面図、第４図は本発明を３相駆動力式の
モーターとして実施した一例を示す当該モーターの部分
的な断面図である。１１・・・・振動子　　　　１１ｃ・・・・第１の爪部
Ｌｔｄ・・・・第２の爪部　１２°°・・圧電素子１４
．１５・・・・ローター１８．１９・・・・歯車　　２３・・・・調整ねじ２４
・・・・板ばね　　　　２７・・・・第３０−ター２８
・・・・歯車　　　　　２９・・・・振動子３０・・・
・圧電素子　　　３６・・・・中心ローター３７〜３９
・・・・振動子４０・・・・歯車４４〜４６・・・・ローター４９〜５１・・・・圧電素子特許出願人　　　　京セラ株式会社第２図

Claims

【特許請求の範囲】

　対向腕を有するほぼＣ字形或いはコ字形などの振動子
の腕間に圧電素子を備えると共に、上記振動子の一方腕
に第１の爪部を、他方腕に第２の爪部を各々設け、さら
に、互いに連動させたドラム形の２つのローターを設け
ると共に、上記第１の爪部を一方のローターの表面に、
上記第２の爪部を他方のローターの表面に各々対接させ
るように上記振動子に押圧勢力を加えて構成し回転駆動
力を得ることを特徴とする圧電アクチュエーター。