JPS6082072A - ステツピングモ−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、電子機器等で使用される圧電素子を使用した
新規なステッピングモータに関する。

［従来技術］ 一般に、精密モータといわれるステッピングモータはデ
ジタル制御による位置決めが容易であるため、近年のデ
ジタル制御技術の発展に伴い各種の分野で使用されてい
る。この様な、従来のステッピングモータは内周に複数
の歯が形成された固定子と、外周に複数の歯が形成され
永久磁石を内蔵した歯車状の回転子で構成されており、
該固定子に巻回されたコイルを励ｖＡすることにＪ、っ
て回転軸に回転角〈ステップ角）を生ずるように４１４
成されている。

とこるで、この様に構成された従来のステッピングモー
タにＪ３いて、１ステツプ毎の回転角を小さくしようと
覆る場合には、固定子に形成される爾ど回転子に形成さ
れる歯の数をできるがぎ゛り多く形成する方法が取られ
ている。しかし乍ら、機械的な微細加工には限界がある
ため、回転角を小さくしようどづるとステッピングモー
タの容積が大きくなる欠点があった。

［発明の目的］ 本発明は、従来装置のもつ以上の柿な欠点を除去し小型
でステップ角の小さいステッピングモータを提供する′
ことを目的としている。

［発明の構成コ 本発明は電子機器等で使用されるステッピングモータに
おいて、回転軸と、圧電素子より成り該圧電素子へ印加
される電圧の制御によって前記回転軸の回転を阻止又は
可能の状態に切り変える回転阻止手段と、圧電素子より
成り該圧電素子へ印加される電圧の制御によって前記回
転軸に固定される状態と回転軸への固定を解除する状態
が切り変わる回転伝達手段と、前記回転伝達手段を回転
させるための回転駆動手段と、前記回転■止子段回転伝
達手段及び回転駆動手段の夫々に電気イ５舅を与えて前
記回転軸の回転を制御する回転駆動電源を備えたことを
特徴としている。

［発明の原理］ 本発明は、第１図に示づ様に適当な厚ざに形成された圧
電素子１としての、例えば水晶片の両側を、金属板かう
なる電極２及び３ではさみ、適当な電圧［をスイッチＳ
をオンして印加すると実線で示す厚さｔを有する圧電素
子１は、第１図破線で示す様な厚さｔ′を有する圧電素
子１′の様に縮小する。又、破線で示ず縮小した圧電素
子１′は、スイッチＳをオフして電圧［の印加を停止す
ると実線で示ず元の厚ざｔに戻る。本発明は、微小な圧
電素子を用いて電気信８を速い応答速度で成械的移動Ｏ
に変換できるという特性を利用してなされたしのである
。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。

第２図は、本発明の一実施例を示す断面図であり、第３
図は第２図に示す実施例のＡ−Ａ断面図、第４図は第２
図に示す実施例のＢ−ＢｒＭ面図である。図において、
１０はステッピングモータの右底筒状の容器であり、該
モータ容器１ｏの開口部にはフランジ１１が取り句りら
れ−Ｃいる。１２は回転軸であり、該回転軸１２はモー
タ容器１ｏ及びフランジ１１の中心部に設けられた軸受
１３及び１４によって回転可能に支持されている。１５
及び１６はり１１受１３及び１４の軸方向の移動を阻止
するためのリングである。１７は回転軸１２に周設され
円筒状に形成された圧電素子からなる回転伝達手段であ
る。該回転伝達手段１７の内周及び外周には、薄膜状の
電極１９．２０が設けられ、又回転軸１２の電極１９に
接する部分にシよ絶縁処理がなされている。そして、そ
れぞれの電極間には回転駆動電源Ｅより周期的に高電圧
が印加されるように形成されている。そのため、例えば
第５図（ａ　）に示づ様に回転伝達手段１７は電源Ｅよ
りの高電圧がスイッチＳがオフで印加されいない状態で
は、該回転伝達手段１７と本図では図示しない回転軸１
２の間には微小間隙が形成され、該回転軸１２は解放さ
れた状態どなっている。又、電極１９及び２０に印加さ
れている電圧をオンにするど、第５図（ｂ　）に示寸様
に該回転伝達手段１７の内径は矢印の方向に一様に縮小
し、該回転伝達手段１７と回転軸１２の間に形成されて
いた微小間隙がなくなり回転軸１２に固定される状態と
なる。１８は回転軸１２に微小間隙を右して周設された
回転阻止手段であり、該回転阻止手段１８は、第４図（
ｂ）に示す様にリング状の形状を右している１、これは
、回転阻止手段１８が縮小して回転軸１２を固定する場
合に回転軸１２の外周を一様に押圧して固定するためで
あり、この回転閉止手段１８はモータ容器１０に支持祠
２７ａ。

２７ｂを介して固定されている。又、回転閉止手段１８
の内周及び外周には、薄膜状の電極２１及び２２が設け
られており、それぞれの電極２１及び２２には第４図で
は図示しない電源Ｅより周期的な高電圧が印加ざる様に
形成されている。そのため、該電源Ｅより印加される高
電圧をオン、オフすることにより前記回転伝達手段１７
と同様に該回転軸１２を解放したり固定したりする。２
３は回転伝達手段１７の外周に固定された移動部材であ
る。２４は一方が移動部材２３に当接し、他方が−Ｅ−
タ容器１０に絶縁体２５を介して固定された回転駆動手
段であり、該回転駆動手段２４（よ棒状の圧電素子から
なり、その両端の電極に電源「よりの高電圧をオン（又
はオフ）すると、回転駆動手段２４は接線方向に縮小（
又は伸長〉しスプリング２６の弾性力によって例えば移
動部材２３を該回転駆動手段２４が縮小した分だり移動
させる。そのため、この時回転軸１２に周設された回転
伝達手段１７に高電圧が印加されて回転伝達手段１７が
回転軸１２に固定されていると、回転伝達手段１７は回
転軸１２と一体となって時計方向へΔθ°だけ回転する
。次・に、回転伝達手段１７を逆方向に一Δθ°だけ回
転ざぜ元の位置に戻す場合は、先ず該回転伝達手段１７
に印加している電圧をオフにして回転伝達手段１７の回
転軸１２への固定を解除し、この状態で回転駆動手段２
４に印加している高電圧をオフにする。その結果、回転
駆動２４は伸長して元の状態に戻り、回転伝達手段１７
は一Δθ°回転するがこの回転は回転軸１２には伝わら
ず回転軸１２は△θ°回転したままの状態を保つことが
できる。尚、回転軸１２の回転を完全に阻止づ−るため
には前述した回転阻止手段１８を働かぜて回転軸１２を
モータ容器１０に固定おくことが必要どなる。

この様に構成された装■において、回転軸１２を回転さ
せる場合について、第５図（ａ　）及び（ｂ）を用いて
説明する。

ここで、回転軸１２を第３図矢印イで示す方向（時計回
転方向）に回転させる場合は、第５図（ａ）に示す如く
、クロックパルス信号に同期させ−Ｃ波形Ｐ＋　、Ｐ２
　、Ｐ３で示される制御電圧を回転伝達手段１７１回転
阻止手段１８１回転駆動手段２４の人々に印加する。時
刻ｔ１に回転スタート信号が電源Ｅに印加されるまでは
回転軸１２の回転を阻止するｌ〔めＰ２はオン状態に保
たれ回転阻止手段１８は縮小した状態となっている。時
刻ｔ１になるとＰｌの波形がオン状態となり回転伝達１
手段１７が回転軸１２に固定される。その後、Ｐ２の電
圧はオフ状態となり回転軸１２を開放状態にする。Ｐ２
がオフされた後、Ｐ３の電圧がオン状態となり回転駆動
手段２４が縮小する。回転駆動手段２４が縮小すると、
回転伝達手段１７に固定されている移動部（第２３はス
プリング２６に押圧されて回転駆動手段２４が縮小した
分だ（プ移動し、該移動部ｖＵ２３に固定されている回
転伝達手段１７は１ステツプ分だけ回転し、従って回転
伝達手段１７に固定された回転軸１２も時計方向に△０
°だけ回転する。Ｐ３のオンの後Ｐ２をオフ状態にり′
る。これにＪζす、回転阻止手段１８が回転軸１２を固
定する。Ｐ２がオンになっｌＣらＰｌをオフ状態にする
と回転軸１２と回転駆動手段１７の間に微小間隙が形成
され回転伝達手段１７は回転軸１２を解放する。ここで
、Ｐ３をオフの状態とづると移動部材２３に当接した回
転駆動手段２４が元の状態、つまり縮小した分だけスプ
リング２６の押圧力に抗して伸長し、従って回転伝達手
段１７は初期の状態になる。その時を（２とする。この
ｔ１〜１ｌｚ（Δｔｉで１ステツプの動作を終了し、以
下これを△（１，△ｔ２．△（３・・・・・・△ｔｎど
繰り返りことにより回転軸１２　ｔ；１回転を続りる。

又、第３図矢印口方向く反時計方向）に回転させる場合
は、Ｐ３の電圧波形を逆にして第６図（ｂ）に示すタイ
ミングチャートにしたがってＰ＋　、Ｐ２　、Ｐ３の電
圧を印加ずれば回転軸１２は反時計方向に回転する。し
かして、この時の回転軸１２の１回のステップ角は移動
部材２３の移動距離に依存する。そのため、該移動部材
２３に当接ザるＰ３の縮小又は伸長する変化伝を、印加
する電圧値によっ−Ｃ制御ずれば、回転軸１２の１回の
ステップ角を制御づ′ることかできる。

更に、回転軸１２の軸トルクは回転伝達手段１７を貫通
する部分の回転軸１２の軸径を太くすることにより増加
することができる。

尚、本発明は以上の実施例に限定されず各種変形が可能
である。本実施例においては、リング状の回転伝）ヱ手
段１７及び回転阻止手段１８を回転軸１２に周設したが
、例えば回転阻止手段１８を第７図に示り様に絶縁体２
８を介して１８ａ、１８ｂ　、１８ｃ　、１８ｄの様に
４つに分割し°Ｃ周設し、それぞれに電極２１ａ、２２
ａの如く設りても良い。又、回転駆動手段２４を圧電素
子によって形成したが、該回転駆動手段を垂直方向に駆
動リ−るエアシリンダー、オイルシリンダー等でｌｆ４
成し制御しても同様の効果を１７ることかできる。

［効果コ 以上の様に本発明は、デジタル信号で制御されるステッ
ピングモータにおいて、軸体に複数の圧電素子を周設し
て制御丈ると共に該軸体に周設される圧電素子のいずれ
かを接線方向に駆動する手段を設【プで制御することに
より、従来のステッピングモータの様に内周と外周に複
数の歯を形成りることなく、又圧電素子の微゛小な伸縮
特性を応用しているためステップ角の小さい小型で新規
なステッピングモータを提供する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に使用する圧電素子の動作原理を説明す
るための図、第２図は本発明の一実施例を示す断面図、
第３図は第２図のＡ−ＡＩｔＩ′１ｉ７Ｉｉは１、第４
図は第２図の［３−Ｂ　［ｉ３ｉ面図、第５図（ａ）。 （ｂ）及び第６図（ａ）、（ｂ）は本発明の詳細な説明
覆るだめの図、第７図は本考案の他の実施例を示り′図
である。 １０ニスチッピングモータ容器、１１：フランジ、１２
：回転軸、１３．１１！１：軸受、　１４，１５：リン
グ、１７：回転伝達手段、１８一回転阻止手段、１．９
，２０．・２１，２２：電極、２３：移動部材、２４：
回転駆動手段、２５：絶縁体。 ２６：スプリング、２７（ａ）、（１＋）：支持材。 ２８：絶縁体。 特許出願人 日木電子株式会社 代表者　伊睦　−夫 第１図 第４図 ｔｏ　〆ご／ｂ　２ノ 第２図 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 回転軸と、圧電素子より成り該圧電素子へ印加される電
   圧の制御によって前記回転軸の回転を阻止又は可能の状
   態に切り変える回転阻止手段と、圧電素子より成り該圧
   電素子へ印加される電圧の制御によって前記回転軸に固
   定される状態ど回転軸への固定を解除する状態が切り変
   わる回転伝）ヱ手段と、前記回転伝達手段を回転させる
   だめの回転駆動手段と、前記回転阻止手段１回転伝達手
   段及び回転駆動手段の夫々に電気信号を与えて前記回転
   軸の回転を制御する回転駆動電源を備えたことを特徴と
   するステッピングモータ。