JPS6285683A - 圧電駆動機構 - 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、圧電逆効果を有する圧電素子を用いて対象物
体を微少位置決めする圧電駆動機構に関する。

〔従来の技術〕

従来の圧電駆動機構は、本発明と同一出願人により出願
された特開昭６０−９５２７０号公報に記載されている
ように、非導電性かつ低熱膨張材料からな９軸方向に移
動自在なシャフトと、所定の間隔をもってシャフトを保
持または解放する２つの円筒状のクランプ体と、このク
ランプ体を両端に配しブリッヂ態様に結合保持するシャ
フト駆動体と、このシャフト駆動体を格納し結合部材を
介して固定するハウジングとを有している。

従来の圧電駆動機構について第３図および第４図を参照
して説明する。第３図においてシャフト９１は２つのク
ランプ体９２により保持される。

クランプ体９２は、薄いドーナツツ型圧電素子を複数個
接層した円筒形をなし、中空部にシャフト９１を挿入し
摺動自在に嵌合するとともに、この圧電素子に電圧を印
加してこの中空部が収縮するときシャフト９１を保持す
る。シャフト駆動体９３は、非導電性材料の結合部材９
５を介して両端に２つのクランプ体９２をブリッヂ態様
に結合させて有している。シャフト駆動体９３は、クラ
ンプ体９２と同様の積層型圧電素子を複数個積層させ、
電圧印加により生じるシャフト９１の軸方向への微少の
伸縮により二つのクランプ体９２の間隔離遠または接近
させる。またシャフト駆動体９３は一部で非導電材料の
結合部材９６を介してノ・クランク９４に固定されてい
るシャフト駆動体９３の伸縮運動は、両端のクランプ体
９２に７ヤフト９１の軸方向に微少距離の往復運動をさ
せる。したがって積層型圧電素子への電圧印加の繰返し
により２つのクランプ体９２の一方は駆動されてシャフ
ト９１を保持し、クランプ体９２の他方はシャフト９１
を解放するとともにシャフト駆動体９３をシャフト９１
の軸方向に伸縮させる駆動手順を所定の順序で繰返すこ
とによりシャフト９１は軸方向にステップ状に移動され
る。

次に第４図を参照すると、クランプ体９２は、ドーナッ
ツ状の圧電素子９２１に内部電極９２２を交互に挿入し
て積層したもので、内部電極９２２を一つ置きに接続し
た２つの外部電極９２３間に電圧が印加される。電圧印
加により、電界にほぼ垂直方向に発生する横効果歪が、
クランプ体９２の径方向に応力をもって収縮し、中空部
を摺動貫通するシャフト９１を保持固定する。圧電素子
による径方向の収縮量は横効果歪であるため極めて小さ
く、径寸法で２〜３μであり、したがってクランプ体９
２がシャフト９１を保持から解放した状態のときもクラ
ンプ体９２とシャフト９１との間はほぼ＠０１である遊
嵌合となる。この円筒状のクランプ体９２の内面におい
ては、露出した内部電極９２２がシャフト９１との摺動
により磨耗粉を発生し、シャフト９１との間の絶縁性お
よび耐磨耗性が劣化するので内面層９２４として絶縁膜
コーティングが施される。なお、第３図では圧電素子へ
の電圧印加回路は省略している０〔発明が解決しようと
する問題点〕 上述した従来の圧電駆動機構は、クランプ体の駆動源と
して積層した圧電素子の横効果歪を利用したものである
。一般に圧電素子材料の強誘電セラミックは同一電界の
もとでは横効果による歪量は小さく、シたがってクラン
プ体において電圧が印加されていない初期状態でクラン
プ体とシャフトとの間隔「０」嵌合が必要であり、部品
加工精度を高くしなければならないとともに、クランプ
体の内面には内部電極の露出短絡による絶縁性の劣化、
ならびに圧電素子面の塑性流動性による保持力の減退を
防止するコーティングが必要であり、これらのことが圧
電駆動機構の生産性を低下させるという問題点があった
。

より積層方向に伸長する縦効果歪を有する積層型圧電よ
りなり前記シャフトの長手軸に対して垂直な放射状に配
置された複数のクランプ駆動体と、摩擦係数の大きな材
質から形成され前記複数のクランプ駆動体の前記シャフ
ト側の一端に固着されたクランプチップと、前記シャフ
トを貫逆させる貫通孔と前記クランクチップの移動をガ
イドする突起とを有し前記複数のクランプ駆動体の他端
を固定するクランプ箱体と、前記クランクチップの移動
をガイドする突起を有し前記クランプ箱体に固定される
クランプ箱体カバーとを有する２つのクランプ体と：前
記シャフトの長手軸方向に駆動方向を一致させた積層型
圧電素子から構成され、かつ前記２つのクランプ体を両
端に固着させて有するシャフト駆動体と：を有し、前記
クランプ駆動体が伸長したときは前記クランプチップが
前記シャフトの表面に接して該シャフトを保持すること
を特徴とする。

〔実施例〕

次に本発明について図面を参照して説明する。

第１図を参照すると本発明の一実施例において、クラン
プ体１２を除く他の構成要件すなわち、シャフト９１．
シャフト駆動体９３．ハウジング９４゜結合部材９６の
各々は、第３図における各々と同一である。第２図（ａ
）および（ｂ）も合わせて参解すると、シャフト９１を
中心部の貫通孔に挿入摺動させるクランプ体１２け、シ
ャフト駆動体９３の一端に固着されている。クランプ体
１２は、クランプ駆動体２１．クランプチップ１２２Ｉ
クラング箱体１２３およびクランプ箱体カバー１２４を
有する。クランプ駆動体１２１は、圧電素子を積層し電
圧を印加したとき縦効果歪により積層軸を駆　。

動軸として伸長する。クランプ駆動体１２１は、駆動軸
方向の一方の先端にクランプチップ１２２を有し他方の
端部はクランプ箱体１２３に固着されて同一平面上に並
置されている。クラングチツブ１２２は、摩擦係数の大
きな金属片よりなる。

クランプ箱体１２３は低熱膨張材質で環状の厚板部と、
この厚板部の２つの開口面の一方をふさぎ中心部にシャ
フト９１の直径とほぼ同じ大きさの貫通孔１２３２をシ
ャフト９１の案内孔として有する板部とを有している。

クランプ駆動体１２１け、クランプ箱体１２３の環状内
面に一端を等間隔に固着され、先端のクランプチップ１
２２の端面がシャフト９１と＃１は同一の直径を有する
円筒形の空間を形成するよう放射状に配置されている。

クランプ箱体１２３の貫通孔１２３２周辺にはり、ラン
プチップ１２２に近接する環状の突起１２３１を有する
。クランプ箱体１２３の残る開口面はクランプ箱体カバ
ー１２４によシ覆われ、ボルト１２５で固定されている
。クランプ箱体カバー１２４も、クランプ箱体１２３と
同様に貫通孔１２４２および環状の突起１２４１を有す
る。突起１２３１および１２４１Ｆｉクランクチツプ１
２２にケ１は接して、このフランチチップの移動をガイ
ドする。クランプ箱体１２３およびクランプ箱体カバー
１２４の貫通孔１２３２および１２４２はシャフト９１
が挿入され移動する案内孔となる。

シャフト９１がこれら貫通孔１２３２および工２４２に
挿入されるとクランプチップ１２２の先端面はシャフト
９１の表面にはｔ１接し、クランプ駆動体１２１が印加
電圧により伸長したときクランプチップ１２２はシャフ
ト９１を保持する。シャフト駆動体９３は、クランプ箱
体カバー１２４を固着してクランプ体１２をシャフト９
１上でステップ移動させる。

第２図ｔｂ）におい“Ｃ！／ｉ３個のクランプ駆動体１
２１が図示されているが％複数個が平衡して配置される
ならば等間隔でなく”〔もよい。たとえば偶数個　。

の場合、交互に相違する間隔すなわち対ごとに等間隔で
もよい。クランプ箱体１２３およびクランプ箱体カバー
１２４の形状は、クランプ駆動体１２１およびクランプ
チップ１２２の位置や突起１２３１および１２４１の位
置がシャフト９１およびシャフト駆動体９３の位置に対
して適正であればよく、［４示された形状に限定されな
い。クラ　４ンプ箱体とクランプ箱体カバーとをボルト
１２５で固定すると説明したがボルトに限定さり、るも
のではなく他の公知の固定手段でもよい。シャフト駆動
体９３はクランプ箱体１２３に結合していてもよい。

〔発甲の効果〕

以上説明したように本発明は、４２７１体がシャフトを
中心に同一垂直平面」二に放射状にクランプ駆動体を配
置し、クランプ駆動軸がシャフトの中心軸を通過すると
ともにクランプ駆動体が縫効沫、歪により伸長したとき
クランプ駆動体の先端に固着した摩擦係数が太きｆ７：
＋Ａ質のクランプチップがシャフト表面を保持するよう
に構成されでいるので圧電−ｒ７の縦効果歪によりクラ
ンプ体の７蒙へ動効率が改善さり、、かつシャフト面と
の嵌合部の高精度加工を不要にするとともに、コーティ
ングを不要にするので生産性が向上するという幼芽を有
する。

【図面の簡単な説明】

＄１図は本発明の一実施例の一部断面図、第２図（ａ）
は第１図におけるクランプ体の詳細を示す断面図、第２
図（ｂ）は第２図（ａ）のＡ−Ａ断面図、ｆａ３図は従
来の圧電駆動機構を示す断面図、−第４図は第３図にお
けるクランプ体の詳細を示す斜視図である。 ９１・・・・・・シャフト、１２・・・・・・クランプ
体、９３・・・・・・シャフト駆動体、１２１・・・・
・・クランプ駆動体、１２２・・・・・・クランプチッ
プ、１２３・旧・・クランプ箱体、１２４・・・・・・
クランプ箱体カバー、１２３１゜１２４１・・・・・・
突起、１２３２，１２４２・・・・・・貫通孔、９４・
・・・・・ハウジング、９６・旧・・結合部材。 代理人　弁理士　　内　原　　　晋、　　２＼、−一″ 第１　区 奉２図（工］ 奉２図（ｂ） 牟３面 Ｉｆ、４ｖＪ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　シャフトと； 電圧印加により積層方向に伸長する縦効果歪を有する積
   層型圧電よりなり前記シャフトの長手軸に対して垂直な
   放射状に配置された複数のクランプ駆動体と、摩擦係数
   の大きな材質から形成され前記複数のクランプ駆動体の
   前記シャフト側の一端に固着されたクランプチップと、
   前記シャフトを貫通させる貫通孔と前記クランクチップ
   の移動をガイドする突起とを有し前記複数のクランプ駆
   動体の他端を固定するクランプ箱体と、前記クランクチ
   ップの移動をガイドする突起を有し前記クランプ箱体に
   固定されるクランプ箱体カバーとを有する２つのクラン
   プ体と； 前記シャフトの長手軸方向に駆動方向を一致させた積層
   型圧電素子から構成され前記２つのクランプ体を両端に
   固着させて有するシャフト駆動体と； を有し、前記クランプ駆動体が伸長したときは前記クラ
   ンプチップが前記シャフトの表面に接して該シャフトを
   保持することを特徴とする圧電駆動機構。