JPH0267772A - 圧電駆動装置 - 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］ この発明は圧電駆動装置に関し、特に半導体製造装置や
産業用ロボットなどの駆動に用いられるもので、駆動用
圧電素子とクラッチ用圧電素子により微小移動し、その
微小移動の反復によって連続動作する回転形圧電駆動装
置に関する。

［従来の技術］ 第３図（ａ）は、特開昭６０−１１８０７２号公報に記
載されている従来の圧電素子で駆動される圧電駆動装置
の一例として、回転機＃機構の構成を示す平面図であり
、第３図（ｂ）はそのｍｂ−ｍｂ線断面図である。

図において、（Ｉｌａ）　、　　（ｌｌｂｌ　は可動部
、（１２ａｌ　。

（＋２ｂｌ　は固定用圧７ｒ、ｘ子、ｆ１３ａ）　、（
１３ｂｌ　、（１３ｃｌ。

（１３ｄｌは駆動用圧電素子、（１４）は回転板、（１
５）はビボ・ノド軸受、（１６ａ）　、　　（１６ｂｌ
　は固定部である。

駆動用圧電素子（１３ａ）　、（１３ｂ）　、　（１３
ｃ：）　、　（１３ｄ）の一端はそれぞれ固定部（＋６
ａｌ　、　（１６ｂｌのどちらかに固定され、他端は可
動部（Ｉｌａｌ　、　　（ｌｌｂ）のどちらかに固定さ
れており、可動部（Ｉｌｂ）　、　＋ｌ１ｂ）はヒンジ
部を中心に回動するように微小変形できる。ピボット軸
受（１５）はヒンジ部上に設けられており、回転板（１
４）はピボット軸受（１５）を中心に回転できる。固定
用圧電素子（＋２ａ）　、　（＋２ｂ）は可動部（ｌ　
Ｉａ）　、　（Ｉ　Ｉｂｌ上に固定され、伸縮により回
転板（１４）を拘束・開放する構造になっている。圧電
素子（＋２１．　（１３）は例えばセラミックスで構成
されている。

次に動作について説明する０例えば第３図に向かって右
側の動作について説明する。まず同定用圧電素子（１２
ａ）を伸長して回転板（１４）を可動部（１１ａｌ　に
拘束する。次に駆動用圧電素子（１３ａ）を伸長、駆動
用圧電素子（１３ｂ）を収縮すれば、可動部（Ｉ　Ｉａ
Ｊ　及びこれに拘束された回転板（１４）は矢印Ａの方
向に回ｉＪＩする。この後固定用圧電素子（１２ａｌを
収縮して回転板（１４）を開放し、駆動用圧電素子［１
３ａ）を収縮、駆ｉｔｓ　ｆｒｉ圧電素子（１３ｂ）を
伸長ずれば５回転板（１４）は回転状態のままで、可動
部（目ａ）は基の位置に復−１Ｔｌできろ、以」〕の動
作を繰り返すことにより、回転部に大角度の回動を与え
ることが可能となろ、また、回転板（１４）の反対側に
設けた駆動用圧電素子（＋３ｃ）　、　（＋３ｄ）と固
定用圧電素子（＋２ｂＪ及び可動部（ｌｌｂ）も上記と
同様な動作を行なうので、−組の装置を交互に動作させ
ることにより、回転ｉ　（＋４１の拘束を失うことなく
回転動作を行なうことが可能となる。

［発明が解決しようとする課ｍ］ 徒米の圧電側１７装置は以−Ｌのように構成されでおり
、駆動及び固定のために使用する圧電素子の数が多くな
り、圧電素子自体及びその支持や変位の伝達に伴う機構
により、装置が複雑で大型化していた。このため、小型
の光学装置やマイクロマニピュレータなど、小型の駆動
装置が要求される分野に駆動用モータとして使用するの
は難しいという問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので５小型でかつ高精度な回転微動能力を有する圧
電駆動装置を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る圧電駆動装置は、回転体に回動自在に取
付けられた駆動プーリ、一端を固定部に結合され、駆動
プーリを回転駆動する駆動用圧電素子、この駆動用圧電
素子による回転と逆方向に駆動プーリを回転駆動する逆
方向駆動手段、駆動プーリに一端を固定され、他端を逆
方向駆動手段を介して固定部に結合される第１ワイヤ、
駆動プーリに一端を固定され、他端を駆動用圧電素子に
固定される第２ワイヤ、一部が回転体に固定され他部に
クラッチ板を有し、回転体への駆動プーリの回動の伝達
・非伝達を切り替え可能にするクラッチ用圧電素子を備
え、駆動用圧電素子の伸縮が第２ワイヤを介して駆動プ
ーリに伝達されると共に、逆方向駆動手段による運動が
第１ワイヤを介して駆動プーリに伝達されて、駆動プー
リが回転体の回りを回動し、クラッチ用圧電素子の伸縮
によって、駆動プーリの回動を回転体に伝達する時はク
ラッチ板が駆動プーリに圧着して回転体と駆動プーリを
結合し、駆動プーリの回動を回転体に伝達しない時はク
ラッチ板が固定部に圧着して回転体と固定部を結合して
、回転体を回転駆動するようにしたものである。

［作用］ この発明における圧電駆動装置は、駆動用圧電素子の伸
縮による直線運動を第２ワイヤと駆動プーリによって回
動運動に変換し、クラッチ用圧電素子の伸縮によって、
所望の回転駆動方向に一致した方向の回動運動のみを回
転体に伝達して、回転体を回転駆動するようにしたもの
である。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例による圧電駆動装置を図につ
いて説明する。

第１図はこの発明の一実施例による圧電駆動装置を一部
断面で示す斜視図である６図において、（１）は回転体
、（２）は一部、例えば一端が回転体（１）に固定され
た円筒形のクラッチ用圧電素子、（３）はクラッチ用圧
電素子（２）の他部、例えば他端に固定されたクラッチ
板、（４）は固定部であるケース（図示せず）に固定さ
れた固定円板、（５）は回転体（１）の回りに回動自在
に取付けられた駆ｙＩプーリ５（６）は例えば円筒形の
駆動用圧電素子で、駆動プーリ側の端面はケースに固定
され、反対側の端面は底板付である。（７）は一端が固
定部に接続されているばねで、駆動用圧電素子（６）に
よる回転方向と逆方向に駆動プーリ（５）を回転駆動す
る逆方向駆動手段の働きをするものである。

（８）はクラッチ用圧電素子（２）及び駆動用圧電素子
（６）を制？ｉするための制御装置、（９ａ）は第１ワ
イヤ、（９ｂ）は第２ワイヤであり、この実施例では第
１ワイヤ（９ａ）と第２ワイヤ（９ｂ）とは１本のスチ
ールワイヤで構成され、駆動プーリ（５）にＵ字形に巻
掛けられている。さらに、Ｕ字の中央の一点で駆動プー
リ（５）に固着され、接戦方向に延長されたスチールワ
イヤ（９ａ）の一端はチ圧が常にかかる状態でばね（７
）を介してケースに固定されている。また、スチールワ
イヤ（９ｂ）の一端は駆動用圧電ｉｆ’−（６）の中心
を通して底板に固着され、常に駆動用圧電素子（６）に
圧縮力が負荷され、引張力に弱い駆動用圧電素子（６）
が破壊しないように構成されている。

次に動作について説明する。第２図（ａ）　、　（ｂｌ
はこの一実施例に係る！！ｌ）作を説明するための説明
図であり、例えば回転体（１）を左回転駆動する場合に
ついて説明する。第２図（ａ）に示すように、駆動用圧
電素子（６）に通電して伸長すれば、底板に固着されて
いるスチールワイヤ（９ｂ）がこの張力を受け、駆動プ
ーリ（５）は矢印のように右方向に回転する。この時ク
ラッチ用圧電素子（２）には通電せず、クラッチ板（４
）が固定円板（４）に圧着して回転体（１）と固定円板
（４）を結合している。このため、駆動プーリ（５）は
空転し、回転体（１）に駆動プーリ（５）の動作は伝達
されない。なお、この時クラッチ板（３）が固定円板（
４）に圧着しているため、回転体（１）にかかった負荷
トルクによって回転体ｉｌｌ　が回転するのを防出して
いる。

次に、第２図ｆｂ）に示すように、駆動用圧電素子（５
）への通電をｆ挙止し、駆動用圧電素子（６）かもとの
状態に収縮すれば、ばね（７）の予圧力により駆動プー
リ（５）は矢印のように左のほうへ回転する。この時、
クラッチ用圧電素子（２）は通電されてクラッチＦｉ（
３）が駆動プーリ（５）に圧着し、回転体（りと駆動プ
ーリ（５）を結合する。このため、駆動プーリ（５）と
回転体（りは一体となって左方向へ回転する。

以上のように、駆動用圧電素子（６）の伸縮に同期して
、制御装置（８）によりクラッチ用圧電素子（２）を制
俳し、駆動プーリ（５）の回動の回転体（１）への伝達
・非伝達を切り替えねば、所望の方向の回転を回転体（
＋１　に伝達することができ、この動作を反復すれば連
続動作を実現することができる。この実施例では１個の
クラッチ用圧’＋！　素子と１個の駆動用圧電素子によ
って、高精度の回転位置決めを行なうことができ、装置
が小型化され、さらに構造が簡単で部品数が少ないため
、安価なものが得られる。

なお、上記天施例では、クラッチ用圧電素子（２）と制
御装置（８）を直接結線した例を示したが、回転体（＋
１とケースの間に設けられたスリップリング（図示せず
）を介して結線しても同様の効果を奏する。

また、上記実施例では、スチールワイヤ（９ａｌ　。

（９ｂ）を１本のスチールワイヤで構成した例を示した
が、別々に構成してもよい、さらに、スチールワイヤ（
９ａ）の一端に逆方向駆動手段としてばね（７を結合し
た例を示したが、このばね（７）のかわりに駆動用圧電
素子を結合して、スチールワイヤ（９ｂ）に結合された
駆動用圧電素子（６）　と位相を逆にして駆動プーリ（
５）を駆動するようにしてもよい。

また１、を記実施例ではクラッチ用圧電素子（２）が駆
動プーリ（５）と回転体＋１）の結合、及び固定円板（
４）と回転体＋１１　の結合の双方のクラッチ切り番え
を排他的に行なう場合を示したが、クラッチ用圧電素子
を２個にして、双方のクラッチ動作を独−ηに行なうよ
うにしてもよい。

〔発明の効果Ｊ 以上のように、この発明によれば、回転体に回動自在に
取付けられた駆動プーリ、一端を固定部に結合され、駆
動プーリを回転駆動する駆動用圧電素子、この駆動用圧
電素子による回転と逆方向に駆）ｈプーリを回転駆動す
る逆方向駆動：Ｔ−段、駆動プーリに一端を固定され、
他端を逆方向駆動手段を介して固定部に結合される第１
ワイヤ５駆動プーリに一端を固定され、他端を駆動用圧
電素子に固定される第２ワイヤ、一部が回転体に固定さ
れ他部にクラッチ板を有し、回転体への駆動プーリの回
動の伝達・非伝達を切り替えｉ１能にするクラッチ用圧
電素子を備え、駆動用圧電素子の伸縮が第２ワイヤを介
して駆動プーリに伝達されると共に、逆方向駆動手段に
よる運動が第１ワイヤを介して駆動プーリに伝達されて
、駆動プーリが回転体の回りを回動し、クラッチ円圧″
心素子の伸縮によって、駆動プーリの回動を回転体に伝
達する時はクラッチ板が駆動プーリに圧着して回転体と
駆動プーリを結合し、駆動プーリの回動を回転体に伝達
しない時はクラッチ板が固定部に圧着して回転体と固定
部を結合して、回転体を回転駆動するようにしたことに
より、高精度な回転微動能力を有し、圧電素子を含めた
部品数を大幅に削減することができ、構造が簡１１で、
小型かつ安価な圧電駆動装置を得ることができる効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による圧電駆動装置を一部
断面で示す斜視図、第２図（ａ）　、　　（ｂ）は一実
施例に係る動作を説明するための説明図、第ご３図（ａ
ｔは従来の圧電部＃Ｉ装置を示す平面図、第３図（ｂ）
は第３図（１１の［ＩＩｂ−ｕＩｂ線断面図である。 （１）・・・回転体、（２）・・・クラッチ用圧′１区
素子、（３）　　・・・クラッチ板、（５）・・・駆動
プーリ、（６）・・・駆動用圧電素子、（７）・・・弾
性体、　（９ａ）・・・第１ワイヤ、（９ｂ）・・・第
２ワイヤ。 なお、図中、同一符号は同一、又は、相当部分を示す。 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 回転体に回動自在に取付けられた駆動プーリ、一端を固
   定部に結合され、上記駆動プーリを回転駆動する駆動用
   圧電素子、この駆動用圧電素子による回転と逆方向に上
   記駆動プーリを回転駆動する逆方向駆動手段、上記駆動
   プーリに一端を固定され、他端を上記逆方向駆動手段を
   介して固定部に結合される第１ワイヤ、上記駆動プーリ
   に一端を固定され、他端を上記駆動用圧電素子に固定さ
   れる第２ワイヤ、一部が上記回転体に固定され他部にク
   ラッチ板を有し、上記回転体への上記駆動プーリの回動
   の伝達・非伝達を切り替え可能にするクラッチ用圧電素
   子を備え、上記駆動用圧電素子の伸縮が第２ワイヤを介
   して上記駆動プーリに伝達されると共に、上記逆方向駆
   動手段による運動が第１ワイヤを介して上記駆動プーリ
   に伝達されて、上記駆動プーリが上記回転体の回りを回
   動し、上記クラッチ用圧電素子の伸縮によって、上記駆
   動プーリの回動を上記回転体に伝達する時は上記クラッ
   チ板が上記駆動プーリに圧着して上記回転体と上記駆動
   プーリを結合し、上記駆動プーリの回動を上記回転体に
   伝達しない時は上記クラッチ板が上記固定部に圧着して
   上記回転体と上記固定部を結合して、上記回転体を回転
   駆動するようにしたことを特徴とする圧電駆動装置。