JPH02129436A - アクチュエータ - 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、圧電素子の変形を回転力に変換して取り出す
ようにしたアクチュエータに関し、更に詳しくは圧電素
子の変形により楕円状の円板を作り、該楕円形の長軸を
順次周方向に移動させて調和歯車減速機構と同様のＰｉ
！ｉ構を得、以て出力を取り出すようにしたアクチュエ
ータに関する。

（従、米の技術） 以下に、従来例として調和歯車減速機を使用した電動式
アクチュエータの一例をｆｉ４７図及び第８図を参照し
て説明する。

このアクチュエータでは、電動機４１の回転を回転軸４
２とハブ４３を介して楕円形等の偏心回転体４４に与え
るようになっており、該偏心回転体４４の外周には可撓
軸受４５を介して環状の可撓外歯歯車４６が巻回され、
該可撓外歯歯車４６と噛合する内歯歯＄４７が固定して
設けられている。

上記従来例では、調和歯車減速機と電動機とをカップリ
ングさせて構成しているため、全体として大型化し、重
量が重くなる等の問題点があった。

前記欠、αを改善し、全体的にコンパクト化するものと
して、第９図に示すような駆動装置内蔵型の７クチニエ
ータも公知となっている（実開昭６０−１６６２６２号
参照）。

即ち、このアクチュエータでは、巻線固定子４８がケー
シング４９内に設けられ、該巻線固定子４８と対面して
磁石回転子５０が楕円形等の偏心回転体５１に固定され
、該偏心回転体５１の外周には可撓軸受５２を介して環
状の可撓外歯歯車５３が巻回され、該可撓外歯歯＄５３
はケーシング４９に固定された内歯歯車５４と回転可能
な内歯歯車５５とに噛合され、内歯歯＄５５を介して減
速回転を取り出している。

（発明が解決しようとする課題） しかし、上記第９図に示した従来公知の技術では、駆動
装置が電磁式モータであるため、磁気ノイズを発生し、
付属して設置している他の装置や機器類に悪影響を与え
るおそれがあり、また単位重量当たりのトルクが小さく
、更には応答特性もあまり良くないという問題点があっ
た。

そこで、本発明の目的は、磁気ノイズの発生がなく、重
量当たりのトルクが大きく、更に応答特性の良好なアク
チュエータを提供することにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明に係るアクチュエータ
では、次のように構成されている。

即ち、第一の本発明は、圧電素子が複数個放射状に配置
されて成り、この圧電素子を順次半径方向に変形させる
ことにより、楕円状に変形し、且つ該楕円形の長軸が順
次周方向に移動するように電圧印加されるウェーブジェ
ネレータと、該ウェーブジェネレータの外周に嵌合され
た可撓リングと、該可撓リングの外側に配置され、前記
可撓リングの楕円形長袖端が内接する円状内壁を有する
外枠体とを備えて成っている。

また、他の本発明は、圧電素子が複数個放射状に配置さ
れて成り、全体が楕円形に変形され且つ該楕円形の長軸
が順次周方向に移動するように電圧印加されるウェーブ
ジェネレータと、該圧電素子の外周に嵌合された可撓外
歯歯車と、該可撓外歯歯車の外側に配置され、前記可撓
外歯歯車の楕円形長袖端が内接する内歯歯車とを備えて
構成されて成っている。

さらに他の本発明は、前記ウェーブジェネレータと前記
可撓リングあるいは可撓外歯歯車との間に可撓軸受が介
装されて構成されている。

（実施例） 以下に、本発明の実施例を第１図ないし第６図を参照し
て説明する。

まず、本発明の第１の実施例を第１図および第２図を参
照して説明する。

第１図を参照して、中心軸１１の外周に圧電セラミック
ス等の圧電素子（各素子にａないしｌの符号を付してい
る）が２ｎ個、図示の実施例では１２個放射状に配置さ
れてウェーブジェネレータ１２が構成され、各圧電素子
ａ−１の伸縮方向は半径方向となっており、該ウェーブ
ジェネレータ１２の外周には可撓リング１３が嵌合され
ている。尚、第１図に示したウェーブジェネレータ１２
では圧電素子ａ−１に電圧が印加され楕円形に変形され
た状態となっているが、電圧を印加していない状態では
円形である。

可撓リング１３の外側には外枠体１４が回転自在に配置
され、該外枠体１４の円状内壁１５に前記可撓リング１
３の楕円形長軸側が内接するようになっており、該外枠
体１４から回転トルクを取り出すようになっている。

防犯圧電素子ａ−，（に対する電圧印加は、次のように
制御されるようになっている。即ち、半径方向に対向し
た２個の圧電素子が最も伸び、それと垂直の位置（９０
°位相のずれた位置）にある２個の圧電素子が最も縮み
、該最長・最短の圧電素子の間の圧電素子は両者の中間
の連続した伸びになるように電圧が制御され、最長の圧
電素子を長袖とする楕円形状にウェーブジェネレータ１
２を変形させ、且つ、前記′Ｒｆｆｃの圧電素子を一個
ずつ周方向にずらして、あたかも該楕円形が回転するか
のように電圧が制御されるようになっている。

以上のように１成された第１の実施例の作用を第２図を
参照して説明する。

ｖＪ２図（、）に示すように、放射状に配置された圧電
素子における半径方向に対向した２個の圧電素子ａｓ　
ｇが最も伸び、それと垂直の位置にある２個の圧電素子
ｄ、ｉが最も縮み、該最良・最短の圧電素子の開の圧電
素子が両者の中間の連続した伸縮状態になるように電圧
印加して、前記最長の圧電素子ｆｋｓ　ｇを長袖とする
楕円形状にウェーブジェネレータ１２と可撓リング１３
を変形させる。そして、該可撓リング１３の楕円膨長軸
端を外枠体１４の円状内壁１５に押圧させ、最長の圧電
素子を１個づつ周方向にずらして行って可撓リング１３
と外枠体１４の円状内壁１５との圧接点を移動させるよ
うにする。

即ち、第２図（ｂ）ではｔ長の圧電素子がす、　ｈで最
短の圧電素子がｅｌにであり、第２図（Ｃ）ではＲ艮の
圧電素子はｅ、　ｋ″Ｃ″Ｃ″最短素子はｂ、１１であ
り、ｔ７Ａ２図（ｄ）において再び最長最短の圧電素子
が第２図（ａ）と同じとなり、あたかも楕円形状のウェ
ーブジェネレータ１２が回転しているかのように変形す
る。

このように可撓リング１３の楕円膨長軸端と外枠体１４
の円状内壁１５との圧接点を周方向に移動させ、外枠体
１４から図示しない出力軸を介して回転として取り出す
ものである。この場合、可撓リング１３の外周長さと円
状内壁１５の内周長さの差が前記圧接点の移動方向と同
一方向の回転として取り出されるものである。

このアクチュエータは、圧電素子の伸縮力を利用するも
のであるから、電磁モータのような磁気ノイズの発生が
なく、重１当たりのトルクが大さく、更に応答特性が良
好である。

次に、第２の実施例を第３図および第４図を参照して説
明する。

第３図に示すように、このｆｌ、２の実施例では、可撓
外歯歯車２５が直接ウェーブジェネレータ２２に嵌合さ
れており、可撓外歯歯車２５が回転を拘束され、内歯歯
車２７が回転自在となって該内歯歯車２７から回転トル
クを取り出すものどなっている。符号２１は中心軸、符
号２６は可撓外歯歯＄２５の外歯、符号２８は内歯歯＄
２７の内歯をそれぞれ示している。

このようにＮＩｔＩ＃、されたＷＳ２の実施例の作用を
第４図を参照して説明する。

第４図（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示すように、圧電素
子ａ−ｆに電圧を印加して可撓外歯歯１１１２５を楕円
状に変形させ、該可撓外歯歯＄２５の楕円形長軸側を内
歯歯車２７に噛合させる。そして、電圧を印加する圧電
素子を順次１個づつずらしでいって可撓外歯歯車２５と
内歯歯Ｊ’ｆｔ２７との噛合、αを周方向に回転させる
。噛合息を第４図（ｄ）に示すように一回転させると、
可撓外歯歯車２５はその回転を拘束されているので、内
歯歯車２７が両者の歯数差（この実施例では２枚）分だ
け回転し、該内歯歯車２７の回転トルクを図示しない出
力軸を介して出力する。

次に、第３の実施例を第５図および第６図を参照して説
明する。

第５図を参照して、中心軸３１の外周に圧電素子ａ−ｆ
が放射状に設けられてウェーブジェネレータ３２が構成
され、その外周に可撓リング３３が嵌合されている点は
前記第１の実施例と同様であるが、この第３の実施例で
は、該可撓、リング３３の外周に可撓軸受３４を介して
可撓外歯歯＄３５が嵌合され、該可撓外歯歯車３５には
外歯３６が形成され、可撓外歯歯車３５の外側には内歯
歯車３７が固定されて配置され、該内歯歯車３７には内
歯３８が形成され、圧電素子ａ〜１に電圧印加され圧電
素子ａ−Ｊと可撓リング３３とが楕円形に変形した時、
可撓外歯歯車３５の楕円形長軸端が内歯歯車３７と噛合
するようになっており、例えば可撓外歯歯Ｉ＄１３５の
外歯の枚数は（翔）枚、内歯歯車３７の内歯３８の枚数
は（鎗＋２ｋ）枚（あるいは（ｍ−２ｋ）枚）というよ
うに両歯車の歯には歯数差が設けられている。

このように構成された第３の実施例の作用を第６図を参
照して説明するに、第６図（−）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に
示すように、圧電素子ａ−！に電圧を印加して圧電素子
ａ−ｆｆｉ、可撓リング３３及び可撓外歯歯＄３５を楕
円状に変形させ、該可撓外歯歯＄３５の楕円形長軸側を
内歯歯車３７に噛合させ、この電圧を印加する圧電素子
を順次周方向に１個づつずらしていって噛合、αをずら
して行く、そして、可撓外歯歯車３５と内歯歯車３７と
の噛合点を第３図（ｄ）に示すように一回転させると、
可撓外歯歯車３５は歯数差（この実施例では１枚）分だ
け位相がずれ、これが回転となって現われる。この回転
は可撓外歯歯車３５から図示しない出力軸を介して出力
として取り出される。

この第３の実施例では、ウェーブジェネレータ３２の回
転等価運動が、可撓外歯歯車３５と内歯歯１１３７との
噛合により減速されて出力されるものといえる。

尚、前記第３の実施例において、可撓リング３３を固定
し、内歯歯車３７から減速回転を取り出す構造とするこ
ともできる。

以上説明した実施例では、楕円形のウェーブジェネレー
タであって同時に２点接触（噛合）を行なうようにした
場合について説明しでいるが、本発明は圧電素子が一つ
ずつ順次伸張して周方向に１点接触（噛合）が移動して
行く円形ウェーブジェネレータについても適用可能であ
る。

（発明の効果） 本発明に係るアクチュエータによると、圧電セラミック
スの変形を回転に変換して取り出しているため、電磁モ
ータのような電磁ノイズが発生せず、また電磁モータに
比較して重量当たりのトルクも大きく、応答性も優れて
いる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すアクチュエータの正面
図、第２図（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は第１図の７クチ
ユエータの作用状態図、第３図は本発明の第２の実施例
の正面図、第４図（−）（ｂ）（ｃ）（ｄ）はＰＩＳ３
図のアクチュエータの作用状態図、第５図は本発明の第
３の実施例の正面図、ｆ５６図（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ
）はｆｊＳｓ図の７クチユエータの作用状態図、第７図
は従来公知の７クチユエータの一部破断した側面図、第
８図は第７図のＡ−Ａ線種断面図、第９図は別の従来公
知の７クチユエータの縦断面図である。 １：中心軸　１２：ウェーブジェネレータ３：可撓リン
グ　１４：外枠体 ５：円状内壁　２１：中心軸 １　中心軸　２２：ウェーブジェネレータ５　可撓外歯
歯車　２６：外歯 ７　内歯歯車　２８：内歯 ２　ウェーブジェネレータ　３３：可撓リング４　可撓
軸受　３５：可撓外歯歯車 ６外歯　３７：内歯歯車　３８：内歯 復代理人　弁理士　辻　三部（ばか１名）第 図 第 （ＣＩ） （ｃ） （ｄ） 第 図 フ２ 第 図 （ｃ） 図 第 図 第 図 （Ｑ） （Ｃ） 第 （ｂ） 第 図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧電素子が複数個放射状に配置されて成り、全体
   が楕円形に変形されると共に該変形が順次周方向に移動
   するように電圧印加されるウェーブジェネレータと、 該ウェーブジェネレータの外周に嵌合された可撓リング
   と、 該可撓リングの外側に配置され、前記可撓リングの楕円
   形長軸端が内接する円状内壁を有する外枠体と を備えて成り、前記可撓リングか外枠体かのどちらか一
   方を回転不能とし、他方を回転可能として該回転可能な
   側から出力回転を取り出すことを特徴とするアクチュエ
   ータ。
2. （２）圧電素子が複数個放射状に配置されて成り、全体
   が楕円形に変形されると共に該変形が順次周方向に移動
   するように電圧印加されるウェーブジェネレータと、 該圧電素子の外周に嵌合され、前記ウェーブジェネレー
   タによって楕円形に変形される可撓外歯歯車と、 該可撓外歯歯車の外側に配置され、前記可撓外歯歯車の
   楕円形長軸端が内接噛合する内歯歯車と を備えて成り、前記可撓外歯歯車か内歯歯車かのどちら
   か一方を回転不能とし、他方を回転可能として該回転可
   能な側から出力回転を取り出すことを特徴とするアクチ
   ュエータ。
3. （３）ウェーブジェネレータと可撓リングあるいは可撓
   外歯歯車との間に可撓軸受が介装されていることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項または第２項記載のアクチ
   ュエータ。