JPH0334306B2

JPH0334306B2 -

Info

Publication number: JPH0334306B2
Application number: JP59051371A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Sugimoto
Original assignee: Asahi Okuma Industrial Co Ltd
Current assignee: Asahi Sunac Corp
Priority date: 1984-03-16
Filing date: 1984-03-16
Publication date: 1991-05-22
Also published as: JPS60197175A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、ロータを一定角度ずつ間欠的に回転
させるステツピングモータに関する。

従来のステツピングモータとしては、例えば、
ロータの外周に複数個の鉄片を一定ピツチで設け
るとともに、ステータの内周に、複数個の磁極を
ロータの鉄片に対するずれが一定角度ずつ順次増
加するように配置し、各磁極を順次に励磁して鉄
片を吸引することによつて、ロータを一定角度ず
つ回転させるようにしたものが知られているが、
このように磁力でロータの鉄片を吸引してロータ
を回転させるステツピングモータでは、磁極と鉄
片とが、例えば歯同士がかみ合うときのように機
械的に係合するのではないから、ロータを回転さ
せたときに、その慣性力に抗して磁極と鉄片とが
整合する位置で確実に停止させることが困難であ
つて、確動性に欠ける不具合があつた。

本発明は、叙上の点に鑑み完成されたものであ
つて、ロータを一定角度ずつ確実に回転させるこ
とができる新規な構造のステツピングモータを提
供することを目的とする。

以下、本発明の一実施例を添付図面に基づいて
説明する。

１は中心孔２を有し、かつ、外周面の全長にわ
たつて45度の間隔で８個の膨出部３を放射状に突
設した断面星形の筒状のボデイであつて、一対の
脚５，５に水平姿勢で取り付けられており、ボデ
イ１の中心孔２内には、一端に出力軸７を突設し
た筒形のロータ６が同心に嵌装され、ベアリング
８及び９を介して水平軸周りの回転自由に支持さ
れており、このロータ６の外周面には、二等辺三
角形をした多数の外周歯１０が一定のピツチで連
続して形成されている。

ボデイ１の各膨出部３の内周面には、夫々ロー
タ６の中心を向いた案内溝１１が全長にわたつて
穿設され、各案内溝１１内には、ロータ６との対
応面に前記外周歯１０と同一ピツチになる複数個
ずつの送り歯１４を形成した押圧体１３が、摩擦
係数の小さい滑り板１６，１７を介して、ロータ
６の中心方向の進退自由に嵌装されており、これ
らの送り歯１４の外周歯１０に対する位置関係
は、外周歯１０と整合する互いに向き合つた二個
の送り歯１４を基準として、その間の三個ずつの
送り歯１４が、外周歯１０に対する位相ずれを1/
４ピツチずつ反時計方向に順次に増加させるよう
になつており、第２図に示すように、互いに向き
合う位置との送り歯１４ａが外周歯１０と整
合していると、互いに向き合う位置との送り
歯１４ｂは外周歯１０と1/4ピツチ位相がずれて
おり、互いに向き合う位置との送り歯１４ｃ
は2/4ピツチ、互いに向き合う位置との送り
歯１４ｄは3/4ピツチ夫々外周歯１０と位相がず
れている。

各押圧体１３の下面には、押圧体１３を駆動す
るための伸縮可能な一対のアクチユエータ３０，
３０が、互いに逆向きの斜め姿勢で装置されてお
り、押圧体１３の両端部に支持部１９，１９が斜
めに向き合うようにして突設され、夫々の対応面
に先細の支持孔２０，２０が穿設されているとと
もに、案内溝１１の底部に固定された固定体２１
の両端部に、支持部２２，２２が上記支持部１
９，１９とは逆の斜めに向き合うようにして突設
され、夫々の対応面に先細の支持孔２３，２３が
穿設されていて、前記一対のアクチユエータ３
０，３０は、その先細の固定子４１が固定体２１
の支持孔２３に、同じく先細の作動子４８が押圧
体１３の支持孔２０に嵌められており、また、各
押圧体１３の両端には、各押圧体１３に形成され
た押圧部２５に内接するようにして、押圧体１３
の復帰用の弾力性に優れた一対のリング２６，２
６が嵌合されている。

前記アクチユエータ３０は、近時、日本電気株
式会社により開発された積層形の圧電セラミツク
を使用したものであつて、この圧電セラミツク３
１は、第４図に示すように、マグネシウム・ニオ
ブ酸鉛とチタン酸鉛の二成分固溶体セラミツク
｛（１−Ｘ）Pb（Mg_1/3Nb_2/3）O₃−PbTiO₃｝のう
ちのＸが0.35近くのものからなるセラミツク板３
２と内部電極板３３とを交互に積層一体化して焼
結した素子を所望の形状、大きさに切断し、全周
面に露出した内部電極板３３を上下両側面におい
て一層おきに絶縁材３４で電気的に絶縁するとと
もに、上下両側面に外部電極板３５及び３６を貼
着して、内動電極板３３を一層おきに外部電極板
３５及び３６に電気的に接続した構造になり、印
加電圧が低くても或る量以上の歪を発生し、電圧
を繰り返し印加しても全く劣化することがなく、
しかも、応答速度が極めて速いという特徴を有す
るものである。

本実施例のアクチユエータ３０は、第３図及び
第４図に示すように、一端に前記固定子４１を、
他端に開口部４２を形成した金属製の角筒４０の
内周面に、摩擦係数が小さく、かつ、絶縁性に優
れたテフロン等の合成樹脂製のライナ４３を形成
し、方形に形成された前記圧電セミツク３１を多
数個重ね合わせ、セラミツク製の絶縁板４４を介
してライナ４３内に摺動自由に嵌装し、個々の圧
電セラミツク３１の外部電極板３５及び３６のう
ちの同一極性同士の電極板を電線５０で接続し
て、開口部４２側の両外部電極板３５及び３６に
接続されたリード線４５，４６を角筒４０に形成
された挿通孔５１を通して外部へ導くとともに、
角筒４０の開口部４２内に前記した作動子４８を
摺動自由に嵌装して、セラミツク製の絶縁板４９
を介して圧電セラミツク３１に結合した構造にな
り、アクチユエータ３０に通電して各圧電セラミ
ツク３１に電圧を印加することによつて、各圧電
セラミツク３１が重ね合わせ方向に伸び、その歪
の総和で作動子４８が押されて前進し、通電を遮
断すると、圧電セラミツク３１が縮み、作動子４
８が角筒４０内へ後退するようになつており、こ
のアクチユエータ３０に高周波のパルス電圧を印
加することにより、作動子４８が高速度で往復運
動する。

なお、このアクチユエータ３０の作動子４８の
変位量は比較的小さく、その変位量だけでは、押
圧体１３に要求される移動ストロークを得るのは
困難であるが、本実施例では、アクチユエータ３
０が、その固定子４１を固定体２１の支持孔２３
に、作動子４８を押圧体１３の支持孔２０に夫々
嵌めて、押圧体１３の進退方向に対して斜め姿勢
で支持され、かつ、押圧体１３が滑り板１６，１
６を案内としてロータ６の中心方向への進退のみ
が可能となつていることから、アクチユエータ３
０が伸長すると、案内溝１１の長さ方向の伸びが
規制されて作動子４８がロータ６の中心方向に逃
げるように作用することによつて、作動子４８の
僅かな変位量を増幅して押圧体１３を必要なスト
ロークだけ押し上げるようにしている。

このことを第５図によつて説明するに、アクチ
ユエータ３０が通電前に角度θだけ傾いてOY₁間
にあり、通電により作動子４８が進出することに
よつてＯを中心に回動してOY₂間に位置すると
し、その作動子４８の進出変位量を△ｘ、押圧体
１３の押上変位量をΔy、また、アクチユエータ
３０の歪率をρとして、△ｘと△ｙの比を求める
と、 Δy／Δx＝√（１＋ρ）²−cos²θ−sinθ／ρ (1) の関係式が得られ、ここで、ρ＝８×10^-4、θ＝
1゜とした場合に、△ｙ／△ｘ＝32.74となり、押
圧体１３の押上変位量△ｙは、作動子４８の進出
変位量△ｘの32.74倍となる。

ちなみに、本実施例では、θ＝2゜に設定されて
おり、このときの△ｙ／△ｘを(1)式から求める
と、22.74となる。

以上のことから理解できるように、本実施例で
は、作動子４８の変位量を増幅して、押圧体１３
をその送り歯１４がロータ６の外周歯１０とかみ
合う位置まで前進させるようになつている。

また、本実施例では、アクチユエータ３０が、
互いに向きを逆にして二本ずつ装置されているた
め、大きな駆動力が得られるとともに、押圧体１
３をその進退方向に対して傾くことなく真直ぐに
駆動できるようになつている。

次に、本実施例の作用について説明する。

第２図に示すように、互いに向き合う位置及
びの押圧体１３が前進して、送り歯１４ａが外
周歯１０とかみ合つている状態において、送り歯
１４ｂが外周歯１０に対して1/4ピツチ位相がず
れている隣りの位置及びのアクチユエータ３
０に通電するとともに、位置及びのアクチユ
エータ３０の通電を遮断すると、位置及びの
押圧体１３が弾性リング２６を押圧しつゝ前進す
るとともに、位置及びの押圧体１３が弾性リ
ング２６の弾力で後退し、上記したように、位置
及びの送り歯１４ｂは、外周歯１０に対して
１／４ピツチ位相がずれていて、送り歯１４ｂの歯
先が外周歯１０の第２図の時計方向の前側の斜面
に対応していることから、送り歯１４ｂの前進行
程で、その歯先が外周歯１０の斜面を押しながら
斜面上を滑つて外周歯１０を反時計方向に移動さ
せることによつて、ロータ６を反時計方向に回転
させ、送り歯１４ｂの歯先が外周歯１０の歯元に
当つたところでロータ６が丁度1/4ピツチ回転し、
この状態では、その隣りの位置及びの送り歯
１４ｃが外周歯１０に対して1/4ピツチ位相がず
れているから、引続いて、位置及びのアクチ
ユエータ３０に通電して送り歯１４ｃを前進させ
るとともに、位置及びのアクチユエータ３０
の通電を遮断して送り歯１４ｂを後退させること
によつて、ロータ６が再び1/4ピツチ同方向に回
転し、その隣りの位置及びのアクチユエータ
３０に通電して送り歯１４ｄを前進させるととも
に、位置及びのアクチユエータ３０の通電を
遮断して送り歯１４ｃを後退させると、ロータ６
がさらに1/4ピツチ回転する。

このように、互いに向き合う位置と、位置
と、位置と及び位置とのアクチユエ
ータ３０の通電と遮電とを一定のサイクルで繰り
返すことによつて、ロータ３を反時計方向に1/4
ピツチずつ間欠回転させることができ、所定の一
対の送り歯１４が外周歯１０とかみ合つたところ
で、そのアクチユエータ３０を通電状態に保持す
れば、ロータ６を任意の回転角度で停止させるこ
とができる。

また、押圧体１３を積層形の圧電セミツクを使
用したアクチユエータ３０で駆動するようになつ
ており、これらのアクチユエータ３０は高速応答
性に優れているから、順次に位相のずれた高周波
のパルス電圧を印加することにより、ロータ６を
円滑に連続回転させることができる。

なお、上記実施列では、外周歯１０が二等辺三
角形になつていて、両側に斜面が形成されている
から、押圧体１３を上記実施例とは逆に時計方向
に順次に駆動すると、ロータ６を時計方向に1/4
ピツチずつ回転させることができるのであるが、
ロータ６を一方向にのみ回転させれば良いときに
は、外周歯１０を一側にのみ斜面を有する鋸歯状
としても良い。

また、上記実施例では、外周歯１０に対する位
相が等しい送り歯１４を、二個ずつロータ６を挾
むように配置して、駆動力を大きくするととも
に、外周歯１０を押したときにロータ６に曲げモ
ーメントが作用しないようになつているが、この
ような構成に代えて、一方向に一定角度ずつ位相
がずれた送り歯１４を全周にわたつて装置するよ
うにしても良い。

さらに、送り歯１４の装置個数は２個以上任意
であつて、例えば、送り歯１４を２個装置する場
合には、外周歯１０を鋸歯状として、前進しよう
とする送り歯１４の歯先が外周歯１０の歯先と当
たらないように装置すれば良い。

上記実施例によつて具体的に説明したように、
本発明のステツピングモータは、一側若しくは両
側に斜面をを有する多数の外周歯１０を外周面に
設けた筒形のロータ６を筒形のボデイ１の中心孔
２内に回転自由に支持し、該ボデイ１の内周面に
円周方向に間隔を空けて形成して両側面と両端面
に摩擦係数の小さい滑り板１６，１７を取り付け
た複数の案内溝１１の各々に、前記外周歯１０の
斜面に係合する送り歯１４を有し、かつ、前記ロ
ータ６の中心方向への進退自由な押圧体１３を、
前記送り歯１４の前記外周歯１０に対する位相を
異ならせて嵌装するとともに、該押圧体１３を案
内溝１１の奥方へ付勢する弾性体からなるリング
２６を該押圧体１３の両端部に装着し、電圧の印
加により歪を生ずる積層形の圧電セラミツク３１
を駆動源として伸縮するアクチユエータ３０を前
記押圧体１３の進退方向に対して斜めに向けて前
記各案内溝１１奥に嵌装し、該アクチユエータ３
０の先端に形成した作動子４８を前記押圧体１３
に係合し、該アクチユエータ３０の伸縮により前
記各押圧体１３を順次に前進及び後退させて、該
押圧体１３の前進時に前記送り歯１４で前記外周
歯１０の斜面を押圧することにより前記ロータ６
を一定角度ずつ回転させる構成としたことを要旨
するものであつて、ロータの歯と位相がずれた位
置にある押圧体を順次に前進させ、その押圧体の
係合部が直接にロータの歯の斜面を押してロータ
を回転させるのであるからロータを一定角度ずつ
確実に回転させることができ、また、ロータの歯
と押圧体の係合部との機械的な係合でロータの回
転を停止させるのであるから、ロータを任意の回
転角度で確実に止めることができるとともに、ロ
ータに外力が作用した場合にロータが回転しよう
とするのを阻止することができ、また、高速応答
性に優れた積層形の圧電セラミツクを使用したア
クチユエータで各押圧体を駆動するようにしたか
ら、順次に位相のずれた高周波のパルス電圧を
夫々のアクチユエータに印加することによつて、
ロータを円滑に連続回転させることができ、さら
に、誘導障害や電波障害を生じない効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明ステツピングモータの一実施例
の一部切欠正面図、第２図はその一部切欠左側面
図、第３図はアクチユエータの断面図、第４図は
圧電セラミツクの詳細を示す第３図の部分拡大
図、第５図はアクチユエータの変位増幅の説明図
である。１：ボデイ、６：ロータ、１０：外周歯、１
３：押圧体、１４；送り歯、３０；アクチユエー
タ、３１：圧電セラミツク、４０：角筒、４１：
固定子、４３：ライナ、４８：作動子。

Claims

【特許請求の範囲】

１一側若しくは両側に斜面を有する多数の外周
歯１０を外周面に設けた筒形のロータ６を筒形の
ボデイ１の中心孔２内に回転自由に支持し、該ボ
デイ１の内周面に円周方向に間隔を空けて形成し
て両側面と両端面に摩擦係数の小さい滑り板１
６，１７を取り付けた複数の案内溝１１の各々
に、前記外周歯１０の斜面に係合する送り歯１４
を有し、かつ、前記ロータ６の中心方向への進退
自由な押圧体１３を、前記送り歯１４の前記外周
歯１０に対する位相を異ならせて嵌装するととも
に、該押圧体１３を案内溝１１の奥方へ付勢する
弾性体からなるリング２６を該押圧体１３の両端
部に装着し、電圧の印加により歪を生ずる積層形
の圧電セラミツク３１を駆動源として伸縮するア
クチユエータ３０を前記押圧体１３の進退方向に
対して斜めに向けて前記各案内溝１１の奥に嵌装
し、該アクチユエータ３０の先端に形成した作動
子４８を前記押圧体１３に係合し、該アクチユエ
ータ３０の伸縮により前記各押圧体１３を順次に
前進及び後退させて、該押圧体１３の前進時に前
記送り歯１４で前記外周歯１０の斜面を押圧する
ことにより前記ロータ６を一定角度ずつ回転させ
る構成としたことを特徴とするステツピングモー
タ。