(57)【要約】【課題】位置決め装置の組立時における圧電アクチュエータとピストンとの芯合せを容易にすると共に、微動駆動時に圧電アクチュエータの外表面の磨耗を抑制する手段を提供する。【解決手段】位置決め装置１に設けた圧電アクチュエータ１８の外表面を、片端が開放され、圧電アクチュエータ１８の伸縮方向と直交する２方向を弾性的に保持する樹脂製のホルダ２３に保持させ、そのホルダ２３をカバー２７の嵌合穴２９に圧入して圧電アクチュエータ１８を固定する。【選択図】        図１
2008295230.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子を固定する、片端が開放された圧電素子用ホルダであって、
前記圧電素子を、その伸縮方向と直交する２方向を弾性的に保持したことを特徴とする圧電素子用ホルダ。
【請求項２】
請求項１に記載の圧電素子用ホルダを用いて固定した圧電素子により、軸受の外輪を軸方向に変位させて予圧を可変にさせることを特徴とする予圧可変機構。
【請求項３】
請求項２に記載の予圧可変機構により、前記外輪を軸方向に変位させることを特徴とする位置決め装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記圧電素子の周囲の空間に、乾燥気体を流入させ、前記圧電素子を冷却することを特徴とする位置決め装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子を固定する圧電素子用ホルダおよびそれを用いた予圧可変機構と位置決め装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の圧電アクチュエータを用いた位置決め装置として軸方向微動機構は、正面組合せで内輪間座を挟んで対向配置されたアンギュラ玉軸受の外輪を押圧するピストンに、その軸芯に沿って圧電アクチュエータを収納する有底の収納穴を形成すると共に、カバーの収納穴に対向する位置に収納穴と同様の凹穴を形成し、これら収納穴と凹穴の内径を角柱状の圧電アクチュエータの４隅が内接する直径で形成し、収容穴に圧電アクチュエータを挿入しカバーの凹穴に嵌合させて圧電アクチュエータを略軸芯に配置し、収納穴と凹穴との底面間に挟持された圧電アクチュエータによりアンギュラ玉軸受の外輪に予圧を付与している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
このような用途に用いられる圧電アクチュエータは、一般にその外表面が樹脂または金属で覆われた樹脂外装型または金属ケース封入型が用いられており、外気や他の金属部品から電気的に絶縁されるようになっている。
【特許文献１】特開２００６−１８９１２９号公報（主に第１１頁段落００００４４−第１２頁段落００４８、第５図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した従来の技術においては、角柱状の圧電素子としての圧電アクチュエータの４隅を内接させる内径で形成された収容穴および凹穴に、圧電アクチュエータを嵌合させて略軸芯に配置しているため、収容穴または凹穴と圧電アクチュエータとの間に半径方向の隙間が存在すると、組立時に圧電アクチュエータを軸芯に配置することが困難になり、圧電アクチュエータによる微動駆動時にピストンに偏心荷重を与えてしまい、ピストンに傾きが生じて安定した外輪の押圧ができないという問題がある。
【０００５】
このため、金属製の収容穴および凹穴に圧電アクチュエータを圧入すると、圧電アクチュエータの微動駆動時に圧電アクチュエータの外表面が金属面と擦れて磨耗が生じ、外装樹脂や金属ケースに生じた損傷により、圧電アクチュエータの絶縁性が低下してショート等が発生し、突発的な破損が生ずる可能性があるという問題がある。
また、樹脂外装型の圧電アクチュエータの場合には、圧入時に外装樹脂が傷ついてしまう場合があり、微動駆動時における磨耗が促進されやすくなり、特に問題になる。
【０００６】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、組立時における圧電素子とピストンとの芯合せを容易にすると共に、微動駆動時に圧電素子の外表面の磨耗を抑制する手段を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するために、圧電素子を固定する、片端が開放された圧電素子用ホルダであって、前記圧電素子を、その伸縮方向と直交する２方向を弾性的に保持したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
これにより、本発明は、圧電素子を半径方向の隙間を設けずにカバーに固定することができ、組立時の圧電素子とピストンとの芯合せを容易に行うことができると共に、圧電素子の外表面が金属に接触することを防止して、圧電素子の微動駆動時における外表面の磨耗を抑制することができるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に、図面を参照して本発明による圧電素子用ホルダおよびそれを用いた予圧可変機構と位置決め装置の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１０】
図１は実施例１の位置決め装置の断面を示す説明図、図２は実施例１のホルダの正面を示す説明図である。
図１において、１は位置決め装置である。
２は軸受としてのアンギュラ玉軸受であり、外輪３の内周面に形成された外輪軌道４と、内輪５の外周面に形成された内輪軌道６との間に配設された複数の転動体としてのボール８とにより構成され、２つのアンギュラ玉軸受２が正面組合せで対向配置されている。
【００１１】
これらのアンギュラ玉軸受２のそれぞれの内輪５の内周面は、回転軸１０の端部に形成された嵌合軸部１１に嵌合し、それぞれの外輪３の外周面はハウジング１２の内周面に嵌合しており、回転軸１０を回転可能に支持している。
１３は内輪係止部であり、回転軸１０の嵌合軸部１１に隣接して形成された内輪５の外径と同等の外径を有する大径部であって、内輪５の一方の側面を係止する。
【００１２】
１４は内輪間座であり、内輪５より大きい外径および同等の内径を有するリング状部材であって、その内周面が嵌合軸部１１の外周面に嵌合して対向配置されたアンギュラ玉軸受２の内輪５の間に配置される。
１５はロックナットであり、回転軸１０の嵌合軸部１１の端部に設けられたねじ部１６に螺合して内輪係止部１３との間で２つの内輪５とこれらの間の内輪間座１４を締め付け、回転軸１０上での内輪５の軸方向の移動を固定する。
【００１３】
１７は外輪係止部であり、ハウジング１２の内周面の内輪係止部１３と対向する位置に形成された外輪３の内径より小さい内径を有する段部であって、外輪３の一方の側面を係止する。
１８は圧電素子としての圧電アクチュエータであり、複数のピエゾ素子等の矩形の圧電体を積層して角柱状に形成された樹脂外装型のアクチュエータ（例えば、ＮＥＣトーキン株式会社製、樹脂外装アクチュエータ、型式番号ＡＥ０５０５Ｄ０８）であって、印加される電圧に応じて軸方向に伸縮する機能を有している。
【００１４】
２０はピストンであり、ハウジング１２の内周面に嵌合する円柱状部材であって、アンギュラ玉軸受２側の端面にはロックナット１５との干渉を避けるための逃げ穴２１が形成されている。
２３は圧電素子用ボルダ（単に、ホルダという。）であり、電気的な絶縁性を有する樹脂材料で形成された中空の円柱状部材であって、図２に示すように、その端面の中央部には外周面２３ａと同軸に矩形の圧電アクチュエータ１８の外表面（図２に示す２点差線、図３において同じ。）を保持する保持穴２４が形成されている。
【００１５】
本実施例の保持穴２４は、圧電アクチュエータ１８の矩形の外表面の４隅に円弧状の逃げ部２５を設け、この逃げ部２５の間の平面で矩形の外表面の４辺を弾性変形により保持するように形成されている。
２７はカバーであり、ハウジング１２と同等の外径を有し、ハウジング１２の内周面に嵌合する嵌合部２８が形成された円盤状部材であって、そのピストン２０側の端面には、嵌合部２８と同軸に、ホルダ２３の外周面２３ａを圧入する有底の嵌合穴２９がピストン２０の軸芯を中心として形成されており、ハウジング１２の端面にボルト３０により締結される。
【００１６】
上記の圧電アクチュエータ１８の軸方向の長さは、圧電アクチュエータ１８とピストン２０との軸芯を合せた状態で取付けたときに、ピストン２０のアンギュラ玉軸受２と反対側の端面と、カバー２７の嵌合穴２９の底面との間の距離に、所定の押圧代を加えた長さに設定されている。
本実施例の位置決め装置１を組立てる場合は、回転軸１０の嵌合軸部１１に内輪間座１４を挟んで正面組合せで対向配置したアンギュラ玉軸受２の内輪５を嵌合させ、ねじ部１６に螺合させたロックナット１５により内輪５を内輪係止部１３に押圧して固定し、アンギュラ玉軸受２の外輪３をハウジング１２の内周面に嵌合させて外輪係止部１７に当接させ、ピストン２０をその逃げ穴２１の側からハウジング１２の内周面に挿入する。
【００１７】
また、圧電アクチュエータ１８は、その外表面を樹脂製のホルダ２３の保持穴２４にホルダ２３の弾性を利用して保持させた後に、ホルダ２３の外周面２３ａをカバー２７の嵌合穴２９に圧入により嵌合してカバー２７に固定する。
そして、ハウジング１２の端面にカバー２７を、その嵌合部２８をハウジング１２の内周面に嵌合させてボルト３０により締結して固定する。
【００１８】
これにより、アンギュラ玉軸受２の外輪３が、圧電アクチュエータ１８およびピストン２０により外輪係止部１７に押圧されて、圧電アクチュエータ１８の非通電時における初期予圧が付与される。
また、アンギュラ玉軸受２の予圧を可変にするときは、圧電アクチュエータ１８に電圧を印加して軸方向に伸縮させ、ピストン２０側の外輪３の位置を変位させ、外輪３の間の隙間を変化させてアンギュラ玉軸受２に付与される予圧を高くまたは低くなる方向に変化させる。
【００１９】
このように、本実施例の予圧可変機構、つまり、ホルダ２３を用いて固定された圧電アクチュエータ１８により、アンギュラ玉軸受２の外輪３を軸方向に変位させる機構を用いれば、アンギュラ玉軸受２に付与する予圧を可変にすることが可能になる。
上記のように、本実施例の位置決め装置１は、圧電アクチュエータ１８の外表面を樹脂製のホルダ２３の保持穴２４に保持させ、そのホルダ２３をカバー２７の嵌合穴２９に圧入するので、圧電アクチュエータ１８と保持穴２４との間、およびホルダ２３と嵌合穴２９との間に半径方向の隙間が生ずることはなく、圧電アクチュエータ１８をピストン２０との軸芯を合せた状態で取付けることができ、圧電アクチュエータ１８による微動駆動時にピストン２０の軸芯を正確に押圧して、アンギュラ玉軸受２の外輪３に安定した押圧力を与えることができる。
【００２０】
また、圧電アクチュエータ１８をカバー２７の嵌合穴２９に圧入より固定するので、ピストン２０に収容穴等を設けなくても、圧電アクチュエータ１８の先端でピストン２０の端面を容易に押圧することができ、圧電アクチュエータ１８とピストン２０との軸芯を合せた状態での組立を容易に行うことができる。
更に、圧電アクチュエータ１８の外表面の４辺を、樹脂製のホルダ２３の弾性を利用して保持穴２４の平面に保持させるので、樹脂外装型および金属ケース封入型（外表面を電気的の絶縁した金属ケース封入型を含む。）のどちらの圧電アクチュエータ１８であっても、外表面が金属に接触することはなく、圧電アクチュエータ１８の微動駆動時における外表面の磨耗を抑制することができ、外装樹脂や金属ケースの損傷による圧電アクチュエータ１８の絶縁性の低下を防止して、早期の突発的な破損を未然に防止することができる。
【００２１】
このことは、樹脂外装型の圧電アクチュエータ１８の圧入時における外装樹脂の損傷の防止に、特に有効である。
以上説明したように、本実施例では、位置決め装置に設けた圧電アクチュエータの外表面を樹脂製のホルダの保持穴に保持させ、そのホルダをカバーの嵌合穴に圧入して圧電アクチュエータを固定するようにしたことによって、圧電アクチュエータを半径方向の隙間を設けずにカバーに固定することができ、組立時の圧電アクチュエータとピストンとの芯合せを容易に行うことが可能になり、圧電アクチュエータの微動駆動時にピストンの軸芯を正確に押圧してアンギュラ玉軸受に安定した予圧を付与することができると共に、外表面が金属に接触することを防止して、圧電アクチュエータの微動駆動時における外表面の磨耗を抑制することができ、外装樹脂や金属ケースの損傷による圧電アクチュエータの絶縁性の低下を防止して、突発的な破損を未然に防止することができる。
【００２２】
なお、本実施例においては、ホルダ２３には、その端面の中央部に、矩形の４隅に設けた逃げ部２５の間の平面で圧電アクチュエータ１８の矩形の外表面の４辺を保持する保持穴２４を設ける（図２参照）として説明したが、図３に示すホルダ２３を用いるようにしてもよい。
図３（ａ）に示すホルダ２３は、矩形の角部で形成した逃げ部３３を設け、この逃げ部３３の間の平面で圧電アクチュエータ１８の矩形の外表面の４辺を、ホルダ２３の外周面２３ａと同軸に保持する保持穴２４を形成し、その平面と外表面２３ａとの間の厚肉部にそれぞれ肉盗み部３４を形成して、平面により圧電アクチュエータ１８を保持するときの弾性変形を容易にしたものであり、ホルダ２３を射出成形等により樹脂成形する場合に好適なものである。
【００２３】
図３（ｂ）に示すホルダ２３は、図３（ａ）に示した隣合う１組の肉盗み部３４を連結して連結肉盗み部３５を形成し、保持穴２４を圧電アクチュエータ１８の外表面と同じ矩形に形成して、その連結肉盗み部３５側の一の角部を解放して２つの保持片３６を形成し、この保持片３６に対向する２面を基準面３７として、保持片３６の弾性を利用して圧電アクチュエータ１８の外表面の基準面３７と反対側の２面をそれぞれ保持片３６で押圧してホルダ２３の外周面２３ａと同軸に圧電アクチュエータ１８を保持するものである。
【００２４】
図３（ｃ）に示すホルダ２３は、図３（ｂ）に示した保持片３６の圧電アクチュエータ１８の側に隙間を設けて細く形成し、その先端に円弧状の保持突起３８を設けて、保持片３６に対向する２面を基準面３７として、保持片３６の弾性変形を容易にして圧電アクチュエータ１８の外表面の基準面３７と反対側の２面をそれぞれ保持突起３８で押圧し、ホルダ２３の外周面２３ａと同軸に圧電アクチュエータ１８を保持するものである。
【００２５】
図２、図３に示したように、圧電アクチュエータ１８をホルダ２３の保持穴２４で保持するときには、その外表面の少なくとも２面を基準面（図２、図３（ａ）に示した平面を含む）に弾性により押圧して圧電アクチュエータ１８を保持するようにすればよい。
このように、圧電アクチュエータ１８の保持は、少なくとも片端が開放されたホルダ２３の保持穴２４により、圧電アクチュエータ１８の伸縮方向と直交する２方向を弾性的に保持すればよい。
【００２６】
なお、圧電アクチュエータ１８の外表面の形状が円形等の矩形でない場合には、前記に準じて適宜に保持穴２４の形状を、圧電アクチュエータ１８の外表面の形状に合せて変更すればよい。
【実施例２】
【００２７】
図４は実施例２の位置決め装置の断面を示す説明図である。
なお、上記実施例１と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。
図４において、４０はピストンであり、ハウジング１２の内周面に嵌合する円柱状部材であって、アンギュラ玉軸受２側の端面には、上記実施例１と同様の逃げ穴２１が形成され、その反対側の端面には、ピストン４０側の外周面と同軸に、ホルダ２３の外周面２３ａを圧入する有底の嵌合穴４１が形成されている。
【００２８】
４３はカバーであり、ハウジング１２と同等の外径を有し、上記実施例１と同様の嵌合部２８が形成された円盤状部材であって、そのピストン２０側の端面には、圧電アクチュエータ１８が挿入可能な開口を有する有底の凹部４４が形成されており、ハウジング１２の端面にボルト３０により締結される。
本実施例の圧電アクチュエータ１８はホルダ２３を介してピストン４０に固定され、その軸方向の長さは、ピストン４０の嵌合穴４１の底面と、カバー４３の凹部４４の底面との間の距離に、所定の押圧代を加えた長さに設定されている。
【００２９】
本実施例の位置決め装置１を組立てる場合は、上記実施例１と同様にして、正面組合せで対向配置したアンギュラ玉軸受２を回転軸１０にロックナット１５により固定し、アンギュラ玉軸受２の外輪３をハウジング１２の内周面に嵌合させて外輪係止部１７に当接させる。
また、圧電アクチュエータ１８は、実施例１と同様にしてホルダ２３の保持穴２４に保持させた後に、ホルダ２３の外周面２３ａをピストン４０の嵌合穴４１に圧入により嵌合してピストン４０に固定する。
【００３０】
そして、圧電アクチュエータ１８を固定したピストン４０をその逃げ穴２１の側からハウジング１２の内周面に挿入し、ハウジング１２の端面にカバー４３を、その嵌合部２８をハウジング１２の内周面に嵌合させてボルト３０により締結して固定する。
これにより、アンギュラ玉軸受２の外輪３が、圧電アクチュエータ１８およびピストン４０により外輪係止部１７に押圧されて、圧電アクチュエータ１８の非通電時における初期予圧が付与される。
【００３１】
また、アンギュラ玉軸受２の予圧を可変にするときは、圧電アクチュエータ１８に電圧を印加して軸方向に伸縮させ、ピストン４０側の外輪３の位置を変位させ、外輪３の間の隙間を変化させてアンギュラ玉軸受２に付与される予圧を高くまたは低くなる方向に変化させる。
このように、本実施例の位置決め装置１は、圧電アクチュエータ１８の外表面を樹脂製のホルダ２３の保持穴２４に保持させ、そのホルダ２３をピストン４０の嵌合穴４１に圧入するので、圧電アクチュエータ１８と保持穴２４との間、およびホルダ２３と嵌合穴４１との間に半径方向の隙間を生じさせることなく、圧電アクチュエータ１８をピストン４０に軸芯を合せた状態で容易に固定することができ、圧電アクチュエータ１８による微動駆動時にピストン４０の軸芯を正確に押圧して、アンギュラ玉軸受２の外輪３に安定した押圧力を与えることができる。
【００３２】
また、圧電アクチュエータ１８をピストン４０の嵌合穴４１に圧入より固定するので、カバー４３に凹穴等を設けなくても、圧電アクチュエータ１８の先端でカバー４３の凹部４４の底面を容易に押圧することができ、圧電アクチュエータ１８とピストン４０との軸芯を合せた状態での組立をより容易に行うことができる。
以上説明したように、本実施例では、位置決め装置に設けた圧電アクチュエータの外表面を樹脂製のホルダの保持穴に保持させ、そのホルダをピストンの嵌合穴に圧入して圧電アクチュエータを固定するようにしたことによって、圧電アクチュエータを半径方向の隙間を設けずにピストンに固定することができ、組立時の圧電アクチュエータとピストンとの芯合せをより容易に行うことが可能になり、圧電アクチュエータの微動駆動時にピストンの軸芯を正確に押圧してアンギュラ玉軸受に安定した予圧を付与することができると共に、外表面が金属に接触することを防止して、圧電アクチュエータの微動駆動時における外表面の磨耗を抑制することができ、外装樹脂や金属ケースの損傷による圧電アクチュエータの絶縁性の低下を防止して、突発的な破損を未然に防止することができる。
【実施例３】
【００３３】
図５は実施例３の位置決め装置の断面を示す説明図である。
なお、上記実施例１と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施例の位置決め装置１は、図５に示すように、上記実施例１と同様に構成されており、そのハウジング１２の外周面には、ハウジング１２の内周面側のピストン２０とカバー２７の嵌合部２８との間の形成された中空部５０へ半径方向に貫通する流入穴５１が設けられている。
【００３４】
また、カバー２７には、その嵌合穴２９の内周面の底面側に矩形断面の円環状の流路であるグルーブ５２が形成され、カバー２７の外周面からグルーブ５２へ半径方向に貫通する流出穴５３、およびグルーブ５２の流出穴５３の反対側に、嵌合部２８の端面からグルーブ５２に軸方向に貫通して中空部５０とグルーブ５２とを連通する連通穴５４が形成されている。
【００３５】
上記の構成においては、ハウジング１２の流入穴５１に乾燥気体としての乾燥空気を供給し、その乾燥空気を中空部５０へ流入させた後に、連通穴５４を介してグルーブ５２へ流入させ、ホルダ２３の外周面を経由して流出穴５３から排出させる。
なお、乾燥空気の流入経路を逆にした場合も同様である。
これにより、本実施例の位置決め装置１においては、圧電アクチュエータ１８の周囲の中空部５０およびグルーブ５２からなる空間に、流入穴５１から供給された乾燥空気を流入させて、長時間の駆動で過度に発熱してしまうことがある圧電アクチュエータ１８を冷却することができ、圧電アクチュエータ１８の長時間駆動を可能にすることができる。
【００３６】
また、圧電アクチュエータ１８の周囲の空間の圧力を高めることができるので、湿気の多い環境においても外気の流入を防止することができ、圧電アクチュエータ１８の湿気による破損も防止することができる。
なお、本実施例では、グルーブ５２は嵌合穴２９の内周面の底面側に設けるとして説明したが、グルーブ５２を嵌合穴２９の底面のホルダ２３の当接部位まで拡大するようにすれば、図２、図３に示したホルダ２３に設けた逃げ部２５、３３や肉盗み部３４等の隙間に乾燥空気を流入させることができ、圧電アクチュエータ１８の冷却効果を更に高めることができる。
【００３７】
以上説明したように、本実施例では、上記実施例１と同様の効果に加えて、圧電アクチュエータの周囲の空間に、乾燥空気を流入させて圧電アクチュエータを冷却するようにしたことによって、圧電アクチュエータの長時間駆動を可能にすることができると共に、圧電アクチュエータへの外気の流入を防止して、圧電アクチュエータの湿気による破損を防止することができる。
【００３８】
なお、上記各実施例においては、対向配置した２つのアンギュラ玉軸受に非通電の圧電アクチュエータを介して予め初期予圧を付与しておくとして説明したが、圧電アクチュエータの非通電時には予圧が発生しないように隙間を介してカバーまたはピストンに圧電アクチュエータを固定しておき、位置決め装置の起動時等に所定の電圧を圧電アクチュエータに印加して対向配置した２つのアンギュラ玉軸受に所定の予圧を発生させるようにしてもよい。
【００３９】
更に、上記各実施例においては、軸受はアンギュラ玉軸受として説明したが、軸受はアンギュラ玉軸受に限らず、深溝玉軸受、円錐ころ軸受等の対向配置した軸受に予圧を付与することができるものであればどのようなものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】実施例１の位置決め装置の断面を示す説明図
【図２】実施例１のホルダの正面を示す説明図
【図３】実施例１のホルダの他の形態を示す説明図
【図４】実施例２の位置決め装置の断面を示す説明図
【図５】実施例３の位置決め装置の断面を示す説明図
【符号の説明】
【００４１】
１    位置決め装置
２    アンギュラ玉軸受
３    外輪
４    外輪軌道
５    内輪
６    内輪軌道
８    ボール
１０  回転軸
１１  嵌合軸部
１２  ハウジング
１３  内輪係止部
１４  内輪間座
３１、６５  内輪スペーサ
１５  ロックナット
１６  ねじ部
１７  外輪係止部
１８  圧電アクチュエータ
２０、４０  ピストン
２１  逃げ穴
２３  ホルダ
２２ａ  外周面
２４  保持穴
２５、３３  逃げ部
２７、４３  カバー
２８  嵌合部
２９、４１  嵌合穴
３０  ボルト
３４  肉盗み部
３５  連結肉盗み部
３６  保持片
３７  基準面
３８  保持突起
４４  凹部
５０  中空部
５１  流入穴
５２  グルーブ
５３  流出穴
５４  連通穴
【図１】
2008295230.tif 000003
【図２】
2008295230.tif 000004
【図３】
2008295230.tif 000005
【図４】
2008295230.tif 000006
【図５】
2008295230.tif 000007