JPS6162370A - ピエゾモ−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】 〔技術分野〕 この発明は、ＭＭ型ｆＥ電素子のａ幼果を利用して電気
的エネルギを機械的エネルギに変換する装置に関するも
のである。

〔従来技術〕

従来から電気信号による制御にアクチュエータとしてス
テッピングモータやソレノイド等が多くつかわれている
が、これ等はいづれも磁力にたよっており、そのインダ
クタンスに起因する応答時間が生ずるのはさけられない
。また前者のステンピングモータにおいては、その慣性
のため所定位置で停止せず不安定な位置で停止する。後
者のツレ／イドは、エネルギ変換効率が低いため高速作
動時における消費電力が大となり、これがためソレノイ
ドが過熱し、ソレノイドの寿命を長（するためツレ／イ
ドを大型にし重くすれば成る程度は改善されるがランニ
／グフストを含め価格が増大し寸法、重工が増加する等
の欠点がある。

〔発明の目的〕

この発明は、上記従来の欠点を解消し、積層型ＩＥｔ素
子を用いた小型＠量なピエゾモータを提供するものであ
る。

〔発明の構成および作用〕

以下図面により、同一（相当）構成は同一符号で示しこ
の発明の詳細な説明すると、第１図において、１は内部
電極、２は外部電極、３は絶縁体、４は圧電素子で、一
つの素子の変位は極めて小さいので多数重ね合わせてよ
り大きな変位を得るよ５に形成され、その外部電極２に
１ＴＸＩＩ：、を印加すると縦方向の自由端が変形する
積層型匝電素子に関しては公知である。

第２図（甲）および（乙）は第１の実施例で夫々上面図
および側面図を示す。５は保持板で、その平面部の上部
両側端に軸受孔６σを有する一対の軸受部材６を螺子γ
で螺着し、かつ下部の略中夫に案内部材８を螺子Ｔで螺
着し夫々を固定する。

９は後述の軸と締着作用を行う軸保持装置で第３図に示
すように略フ字形の壁に囲まれた凹部９ａの両側面の壁
９ｂおよび９ｂｌとの間にアラルダイト（商品名）等の
接着剤で圧電素子１０を挿着し、上部に軸受孔９ｃを設
け、該軸受孔９ｃの圧電素子１０側の外周面は先端部に
切欠溝９ｄを設けた略弧状の薄肉の壁９−で弾性的に囲
まれる。

前記軸保持装置９は、第２図に示すようにその軸受孔９
ｃと軸受部材６の軸受孔６αとを重合させて螺子で軸受
部材６１Ｃ固定するか保持板５に固定する。

次に、第４図に示すよ５な変位伝達装置１１および１２
（第３図の（１°ｑ成と％なる個所は、圧電舅子１０の
軸方向に垂直な方向に設けたピ／等の係止部１３の他は
同様なので、同一構成は同一符号で示す。）は、第２図
で示すように軸保持装置９と左側部の軸受部′材６との
間に併設して夫々の軸受孔６α、９ｃに軸１４を軸方向
に往復動可能に遊嵌する。

尚、一対の軸受部材６と軸保持装置９と第１および第２
の変位伝達装置１１．１２は、例えば、高張力鋼等の材
料で形成され、特（、軸保持装置１０と変位伝達装ｆｉ
ｆ１１，１２の軸受孔９ｃの内面は例えば！擦増大処理
を施して後述する軸１４との締着作用時に互に滑らない
ように摩擦抵抗を大きく形成する。

１５は、例えば、高張力鋼等で形成される基板で、第５
図（甲）および（乙）に示すように、先端部に開口した
係合溝１５αを設けた肉厚部の一対の突設部材１５ｂを
略中央部付近で薄幅の連架壁１５ｃで連架するとともに
該連架’Ｍ１５Ｃの下部は短形状の孔部ｉ５．ｔを設け
、該孔部１５ｄに沿って壁１５４がＵ字形状に配置され
、前記一対の突設部材１５６に連結する。

また、略中央部付近に設けられた薄幅の連架壁１５ｃの
両側に略短形状の孔部１５ｆを設け、その端部１５．で
前記穴部１５ｄと連通ずる如く配置する。かくすること
により、一対の突設部材１５ｂの下部において薄幅の壁
１５Ａ＋１ＳＬが弾性的に形成される。

尚、前述の短形状の孔部１５ｄ内で、かつ薄幅の連架壁
１５Ｃの内平面とＵ字形状の’Ｊ！１５ｇの底部壁の内
平面との間に圧電素子１６をアラルダイト（商品名）等
の接着剤で挿着して基板１５を含め駆動４４装置１Ｔを
構成する。駆動璽装置１７は、一対の突設部材１５ｂの
先端の係合溝１５ａを変位伝達装置１１．１２の係止部
１３に挿入してその平坦面部に載置し螺子１８で案内部
材８に螺着し保持板５に連結する。また、１９は実装す
るときの取付孔である。

次に作用を説明すると、第２図において、１ｉ１１１１
４を矢印（実線）方向に変位運動させる時は、変位伝達
装置１１において、ＩＥ電素子１０に電圧をオンすると
、圧電素子１０は壁９１．１で１．１定されているから
矢印方向に印加電圧に応じた力（第４図参照）で弧状の
薄肉の壁９６を押圧する。

尚、該１１ｔ９ｔは、弾性的に形成されているからこの
力を受けて切欠部９ｄ側に若干変位しながら軸１４を締
着して固定する。この時ＩＥ？］Ｚ素子１０は、例えば
６Ｘ１６ｘ２ｆｉｍの大きさであると発生力２９Ｋｙ７
・変位２０μ爪が得られる。

次に駆動替装置１７の圧電素子１６に電圧をオンすると
、圧電素子１６は、基板１５の壁１５ｇの低部壁の内平
面で固定されているから矢印方向に印加電圧に応じた力
で基板１４の薄幅の連架壁１５ｃの内平面を押圧する。

一方、短形状の孔部１５／を設けたことにより、薄幅の
壁ｉ５Ａ、１５Ｌは、弾性的に形成されているから、短
形状の孔部１５７の上部の基端面１５ノを基端として基
板１５の一対の突設部１’Ｊ６は図中矢印方向に変位す
る。また、突設部１５ｂの係合溝１５１は変位伝達装置
ｔ１１の係止部１３に係合されているので、変位伝達装
置１１により＋１１１＋　１４は矢印方向に変位する。

尚、変位伝達装置１２と軸１４はグに解放状態にあるか
ら軸１４の変位運動には無関係である。

この時、例えば駆剪箒装に１７の圧電素子１６を２Ｄｘ
１５ｘ２６ｉｕの大きさであると発生力は６６ＫＦ’・
変位２０μ・が得られ、従って変位伝達装置１１の係止
部１３付近の変位りは、Ｄ＝ＫＸ−ここでＸは駆動棚装
置１７の圧１素子１６により る駆動変位、ＡおよびＢは第２図に示す腕長である。今
Ａ−３５０，Ｂ＝７ｕとすれば 変位−２０Ｘ塁＝１００μｍとなる。

このよ５に、駆動標装置１７の圧電よ子１６の変位は、
基板１５の短形状の孔部１５／の上部の基端面１５ノを
基端として腕長の比による拡大率で機械的に変位増幅さ
えたことになる。従って、駆動装置１７は、＃Ｅ電素子
１６と基板１５とから形成され、基板１５には上述のよ
うな機械的増幅部を構成したことになる。次に駆動那装
置１７の電源印加をオフにしてから、変位伝達装置１１
の電源印加をオフすると同時に軸保持装置９の圧電素子
１０に１！田をオンすると、駆動台装置１７０発生力お
よび変位伝達装置１１と１１１１１４との締着は、解放
されて元の状態に復帰し軸保持装置９と軸１４とは締着
する。これは変位伝達表１ｉ１１が変位置後に軸保持装
置９を作動させ軸１４の軸上の振動エネルギーを吸収す
るとともに軸１４の矢印方向（実線）変位を保持するた
めのものである。

以上の運動をサイクルタイムで示したものが第６図であ
る。

また、軸１４を矢印方向（点ｔＳ＞に変位運動する時は
、先づ軸保持装置９と軸１４の締着作動を解放させ、変
位伝達装置１２のｌ：Ｅ電素子１０に電圧をオンして、
変位伝達装置１２と４１１１４を互に締着すると同時に
駆動部装置１７の圧電素子１６Ｋｍ圧をオンすると前述
と同様に軸１４を矢印方向（点Ｍ）に変位運動し得る。

ここで、軸保持装置９．変位伝達装置１１，１２の軸受
孔９ｃの内面は、軸１４との締着作用によるＩｇ擦低抵
抗問題となるが、軸受孔ＩＩ］、には、摩擦増大処理を
施して互に清らないように摩擦抵抗を大きくしであるの
で確実に作動すると共に耐久性にも優れたことになる。

第１図は、第２の実施例で正面図を示し、＠２の実施例
が、第１の実施例の第２図と主として相違する点は、変
位伝達装置１１と軸受部材６と突設部４ｉ１’１５Ａを
有する基板１５からなる単一の駆動装置１Ｔとした点で
、主として軸１４を一定方向（矢印方向または右方向）
にのみ駆動する方式である。即ち、５は保持板で、その
平面部の上部側端に軸受孔６１＋を設けた軸受部材６と
下部の略中夫に設けた案内部材８とを夫々螺子で固定す
る。

１１は第１の実施例で説明した第４図に示す変位伝達装
置で、軸受部材６と変位伝達装置１１の軸受孔６ａ、９
ｃに軸１４を軸方向にｉ１２嵌する。１１は駆動装置で
ＥＥ冨齋子１６と基板フ５からなり、前記基板１５は保
合７４１５．と突設部材ｉ５Ａと略中央付近に設けたＷ
Ｊ幅の連架壁１５．等を有し、駆動装置１Ｔは、突設部
材１５ｂの先端の係合６４１５、を変位伝達装置１１の
保止部１３に挿入しその平坦面部に載置し、螺子で案内
部材８に畑着し保持板５に連結する。また２０は実装す
るときの取付孔である。

その他は第１の実施例と同様である。

次に作用を説明すると、第１の実施例と同様に軸１４を
変位運動させる時は、変位伝達装置１１の圧電素子１０
に電圧をオンすると、印加電圧に応じた力で弧状の薄肉
壁１５ｔ（第４図参照）を押圧するから軸１４と締着す
る。

次に駆動部装置１７の１＋：電素子１６に電圧をオンす
る・と、矢印方向に印加電圧に応じた力で基板１５の薄
幅の連架壁１５ｃの内平面を押圧するから、基端面１５
ノを基端として基板１５の突設部材１５ｂが図中矢印方
向に変位する。

従って、突段部１５Ａの係合溝１５ａは変位伝達装置１
１の係止部１３に係合されているので、軸１４は矢印方
向に変位運動する。

次に変位伝達装置１１および駆動部装置１７の電源印加
をオフにすると、軸１４と変位伝達装置１１との締着お
よび駆動部装置１７の発生力は、解放され元の状態に復
帰する。

また、構成部品が対象の位置に配置されて！１ｌ１１４
を一定方向（左方向）に駆動する方式は、ｈｔｔ成およ
び作用について同様であるので省略する。

尚第２の実施例において、液位した軸を元の位置に復帰
させる時は、図示しない別の機構による。

第８図（甲）および（乙）は、嬉３の実施例で、第１お
よび第２の実施例の変形であり、夫々正面図を示し、（
甲）図は、円弧又は円形の＠１４を変位伝達装置１１．
１２と軸保持部９０軸受孔９Ｃに往復動可能に遊嵌し、
駆動装置１７は案内部材８に螺子で固定する。また、案
内部材８の底部に突起８αを設けて受台部材２１の中心
孔に回動自在に遊嵌する。

このとき、前記突起８ａは、駆動装置１７の駆動中心点
Ｘに一致するように構成する。

受台部材２１には、例えば、案内部材８の抜は止め機構
２２を設ける。

尚実装の時は、軸保持部９と受台部材２１を点線で示す
基板２３に取付ける。

かくすることによって、変位伝達装置１１．１２と軸保
持部９と駆動装置１７との作用により、鋤１４が突起８
ｃＬを中心として＋Ｉ１１］線方向に間欠的変位連動を
する。即ち、図において実線および点線矢印で変位移動
方向を示す。

また、（乙）図は、変位伝達装置１１と軸保持部９と駆
動装置１７との作用により、軸１４が突起８αを中心と
しあ矢印軸線方向（時計方向）に間欠的変位運動をする
方式である。その構造および作用については（甲）と同
様であるので省略する。

尚、変位伝達装置１１と軸保持部９と駆動装置１７との
作用により、軸１４が突起８αを中心として反時計方向
に間欠的変位運動する方式については、（乙）図と構成
部品が対象の位置に配置される点が相違するのみで、構
造および作用についても同様であるので省略する。

以上ピエゾモータの構成および作用を説明したが被駆動
部（図示しない）等との関係から軸受部材６を栄−或は
一対に又は省略したり、軸保持装置９を使用目的等によ
って使用したり又は省略すること或は直線連動および円
運動の組合わせで曲線運動を得ること等は、この発明の
趣旨から逸脱しない範囲で構成を任怠に琥更することも
ｏＪ能である。

尚、上述した各実施例においては、駆動装置１７を固定
し、変位伝達装置を介して直線又は曲線軸１４を移動す
る実施例について説明したが、これとは反対に、図示し
た各実施例の軸１４を固定配置し、駆動装置１７と変位
伝達装置（第１および第２の実施例の逆作用となる）と
の作用で、軸１４上における変位伝達装置の変位運動に
基づいて、駆動装置１Ｔを直線又は曲線軸に沿って移動
させることも可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したようにこの発明の各実施例によると軸１４
の作動時の振動エネルギの吸収と変位保持装置を必要に
応じて備える軸保持装置９と、軸１４との１１１着およ
び解放動作を行う変位伝達装置１１．１２と、電気・機
械変換圧電素子の励起変位を機械的増幅：（；：で拡大
し変位伝達装置を介して軸１４に伝える駆動弁装置１７
を保持板５に一体に集約したピエゾモータであるから、
従来のステンビングモータの慣性に基づく不安定な停止
精度や低エネルギ変換率のンレノイドのような消費電力
と寸法および重置に拘束される要因およびインダクタン
スに起因する応答時間等の問題点は解消されて、小型軽
瓜、低ｖ５音、構造ｌ１ｉｉ単で部品点数も少なく組立
が容易であるので、生産性、経極性耐久性に優れた多く
の利点を有するアクチュエータが得られる効果がある。

また、直線および曲線の変位可能なアクチュエータとし
て、多目的に応じられる産業上利用価値のある実用的効
果も備えている。

【図面の簡単な説明】

第１図は、積層型圧電素子の一般説明図、第２図（甲）
および（乙）は、本発明の第１実施例の構成を示す上面
図および側面図、第３図（甲）および（乙）は、本発明
の軸保持装置を示す上面図および側面図、第４図（甲）
および（乙）は、本発明の変位伝達装置を示す上面図お
よび（ＩＩ！ｌ而図、面Ｊ５図（甲）および（乙）は、
本発明の第１の実ｂａＩ例の駆動環装置を示す正面図お
よび側面図、第６図は本発明の第１実施例の駆動サイク
ルタイムを示す説明図、；ｇ７図は、第２の実施ｖ１の
（４成を示す上面図、第８図（甲）および（乙）は、第
３の実施例の荀ｊ成を示す上面図。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、直線又は曲線状の軸１４を備え、該軸１４を遊嵌す
   る軸受孔９ｃと係止部１３と第１の圧電素子１０とを有
   する変位伝達装置１１と、機械的増幅部を形成し先端に
   変位伝達装置の係止部１３と係合する係合溝１５ａを設
   けた基板１５と第２の圧電素子１６を有する駆動装置１
   ７とを備え、第１と第２との圧電素子１０、１６のオン
   ・オフ制御により軸１４又は駆動装置１７を変位させる
   ことを特徴とするピエゾモータ。 ２、直線又は曲線状の軸１４を備え、該軸１４を遊嵌す
   る軸受孔９ｃと係止部１３と第１の圧電素子１０とを有
   する変位伝達装置１１、１２と、機械的増幅部を形成し
   先端に変位伝達装置の係止部１３と係合する係合溝１５
   ａを設けた基板１５と第２の圧電素子１６を有する駆動
   装置１７と、一端に軸１４を遊嵌する軸受部９ｃを形成
   し基部を保持板５に固定し軸１４を一時的に固定する軸
   保持部９とを備え、第１と第２との圧電素子１０、１６
   のオン・オフ制御により軸１４又は駆動装置１７を変位
   させることを特徴とするピエゾモータ。