JP2526311Y2 - 圧電モータ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は圧電モータに関し、特に圧電素子の振動作用
及び摩擦駆動を利用して駆動対象である物体を移動させ
る圧電モータに関するものである。

〔従来の技術〕

圧電モータは、圧電素子（又は電歪素子等）に交流電
圧を印加することによって発生する振動を利用して、接
触する被駆動体を摩擦で駆動する機能を有する。圧電モ
ータの動作方式としては、原理的に振動片型と進行波型
に分けることができる。ここでは、振動片型であって、
正逆方向の駆動が可能で且つ高出力を出すことが可能な
一対の積層圧電素子で構成された圧電モータについて説
明する。

第２図は上記圧電モータの構成例を示す。本図におい
て、21は圧電素子斜交配置方式の圧電駆動ユニットであ
り、一対の積層圧電素子22,23の変位方向が図中矢印の
ように被駆動体24の下面に対し斜めに交差するようにマ
ウント25上に固定されている。圧電素子22,23の変位は
変位合成部26によって合成される。変位合成部26は、ジ
ョイント部として作用し、板バネを用いた一対の平行リ
ンクを直交配置した構造を有する。平行リンクのそれぞ
れの一端と圧電素子22,23及びマウント25とはボルト27
による固定具で固定される。変位合成部26の先端には、
耐磨耗性材料からなる接触駆動部28がネジ29等で交換可
能に変位合成部26に固定される。マウント25はボルト30
によってベース31に固定される。なお、被駆動体24と圧
電駆動ユニット21は矢印で示す力F_hで押し付けられてい
る。上記の構成において、コントローラ36の制御の下で
高周波発振器35を動作させて高周波電圧を発生し、この
高周波電圧を位相変位器34に通して位相が所定量異なる
２つの高周波電圧を作り、これらの高周波電圧をそれぞ
れパワーアンプ32,33で増幅して圧電素子22,23に供給
し、圧電素子22,23を駆動する。

圧電素子22,23のそれぞれには所要の位相差を有する
高周波電圧が印加され、その結果それぞれは振動し、こ
れらの振動を合成すると円軌道（又は楕円軌道）37を描
く振動が発生し、この振動によって被駆動体24を一方の
方向に摩擦駆動することができる。また高周波電圧の前
記位相差を反対にすれば逆方向の移動を行うことができ
る。

〔考案が解決しようとする課題〕

圧電モータでは、圧電素子22,23の変位を効率よく接
触駆動部28に伝達し、更に接触駆動部28の楕円運動を効
率よく被駆動体24に伝達する必要がある。しかしなが
ら、前記圧電モータは、圧電素子22,23の固定及び接触
駆動部28の固定にボルト27及び29によるネジ結合を使用
しているので、各部材の機械的寸法に誤差が存在する場
合には、接触駆動部28と被駆動体24との接触が均一な面
接触状態にならず、片当り状態になりやすいという問題
を有する。またボルト27の締付け管理が不十分である
と、変位伝達効率が悪くなり、駆動特性が劣化するとい
う問題がある。従って圧電モータの性能を高めるために
は、各構成部分の調整に時間を要し、組み立てコストが
高くなるという問題も発生していた。

本考案の目的は、上記の各問題に鑑みて、変位伝達率
が高く、組み立てコスト低い圧電モータを提供すること
にある。

〔課題を解決するための手段〕

本考案に係る圧電モータは、上記目的を達成するた
め、基部としての第１剛体部と、被駆動体を支持し摩擦
駆動する変位合成部としての第２剛体部と、第１剛体部
と第２剛体部の間にて対称的位置関係に配置された変位
伝達部しての２つの第３剛体部と、第１剛体部と第３剛
体部を連結する第１弾性部と、第２剛体部と第３剛体部
を連結する第２弾性部とを有し、これらの部分が一体的
に成形された支持ブロックと、 ２つの前記第１弾性部のそれぞれに形成されたスペー
スに配設され、それぞれ所定の方向に伸縮する２つの圧
電素子とを備え、 制御・駆動回路により２つの前記圧電素子が所定関係
で振動すると、前記第２剛体部における振動合成により
回転振動が発生し、前記被駆動体を移動させることを特
徴とする。

本考案に係る圧電モータ、前記の第１の構成におい
て、前記弾性部が平板状部材で構成されていることを特
徴とする。

〔作用〕

本発明による圧電モータでは、圧電素子斜交配置方式
であって、所定の位置関係に取り付けられる２つの圧電
素子を取り付けるための部材を、支持ブロックとして一
体的に成形し、従来の如きボルト等による締付け固定を
廃止し、支持ブロックの弾性部に形成されたスペースに
圧電素子を接着剤等を用いて固定するようにした。圧電
素子を取り付ける部材を支持ブロック部材として一体的
に成形したので、製作が容易に行え、製作誤差が生じな
い。従って２つの圧電素子のそれぞれで発生される変位
は変位伝達部の剛体部を介して効率よく変位合成部の剛
体部に伝達することができる。

〔実施例〕

以下に、本考案の実施例を添付図面に基づいて説明す
る。

第１図は本発明に係る圧電モータの実施例を示す側面
図である。本図において、１は圧電駆動ユニット、２は
板状の被駆動体、３は被駆動体２を上方から押え付ける
押付け装置である。

圧電駆動ユニット１は、斜交形式の配置で配設された
２個の圧電素子4,5と、圧電素子4,5を所定の位置に配置
させる支持ブロック６とからなる。支持ブロック６はア
ルミ合金等の材質によって一体的に成形され、ワイヤカ
ット放電加工等の加工手段で容易且つ高精度に作製され
る。支持ブロック６は、図示されるようにほぼ台形の側
面形状を有し、且つ紙面に直角な方向に所要の厚み幅を
有している。図示される側面形状で明らかなように、支
持ブロック６は、下部に位置する基部としての剛体部6A
と、左右（又は前後）の対称位置に位置する斜交変位伝
達部としての剛体部6B,6Cと、上部に位置し且つ被駆動
体２に接触してこれを支持する変位合成部としての剛体
部6Dと、これらの剛体部を連結する弾性部61,62、63、6
4とから構成されている。剛体部6Aは広い底面積を有
し、ベース７に固定される。剛体部6Bと剛体部6Cは対称
形の位置関係として構成され、変位伝達部として形成さ
れる。弾性部61〜64はそれぞれ支持ブロック６の所定の
部分に孔を形成し、平板部を設けることにより弾性構造
を形成するようにしている。弾性部61,62はそれぞれ剛
体部6B,6Cと剛体部6Aを連結する第１の弾性部であり、
弾性部63,64はそれぞれ剛体部6B,6Cと剛体部6Dを連結す
る第２の弾性部である。弾性部61と62の箇所には比較的
に大きなスペースが形成され、前記圧電素子4,5はそれ
ぞれこれらのスペースに接着剤等の固着手段で配設され
る。接着剤としては剛性の高いセメント系の接着剤が好
ましい。圧電素子4,5の伸縮動作によって各圧電素子に
対応する変位伝達部ではそれぞれx₁方向，x₂方向にて変
位が発生する。圧電素子4,5に所要の電圧を印加して駆
動するための駆動回路及び制御回路等の電気系の構成
は、前記第２図で説明した構成と同じであり、本図での
図示は省略する。上部の剛体部6Dは、変位合成部として
機能し、その上面が接触駆動部８として被駆動体２の下
面に接触しており、その接触面が駆動面となる。押付け
装置３は押えローラ９と、ローラ支持部10とバネ11で構
成され、バネ11による押え力で被駆動体２はローラ９を
介して押え付けられる。

次に上記圧電駆動ユニット１の動作を説明する。圧電
素子４に所要の電圧を印加してこの圧電素子を伸長させ
ると、弾性部64にたわみ変形が生じ、変位合成部である
剛体部6Dに、すなわち接触駆動部８にx₁方向の変位u₁が
生じる。一方、圧電素子５に所要の電圧が印加される
と、同様にして弾性部63にたわみ変形が生じ、変位合成
部である剛体部6Dを介して接触駆動部８にx₂方向の変位
u₂が生じる。この結果２つの圧電素子4,5を同時に動作
させると、接触駆動部８において２つの変位u₁とu₂が合
成され、変位ｕが発生する。そして、２つの圧電素子4,
5に印加する電圧を、例えば位相が90°（又は−90°）
異なる交流電圧とすれば、接触駆動部８は図示するよう
な円振動を発生する。この接触駆動部８の円振動（又は
楕円運動）に基づき被駆動体２は摩擦力の作用により円
振動の回転方向に移動する。押付け装置３により十分な
摩擦力が生じているので、被駆動体２の移動を可能にす
る。被駆動体２の移動原理としては、接触駆動部８の円
振動の振動周波数が押付け装置３の固有振動数よりも十
分高いとき、円振動の上部位置で接触状態、下部位置で
非接触状態を作り、被駆動体２を円振動の回転方向と一
致する方向に移動させる。圧電素子4,5における印加電
圧の位相の関係を変更することによって円振動の回転方
向を逆にすると、被駆動体２の移動方向も逆の方向とな
る。

上記の如く動作する圧電駆動ユニット１によれば、被
駆動体２をナノメートル（10^-9ｍ）のオーダの分解能で
且つ100mm/secという高速で移動させることが可能であ
ることが実験的に確認されている。

また上記圧電駆動ユニット１の構成によれば、一体加
工による成形で作られるので、加工精度が高くなり、接
触駆動部８と被駆動体２との接触状態が均一化され、被
駆動体を安定して移動させることができるという利点、
さらに組み立てが簡単で且つ製造コストが低減するとい
う利点を有している。

前記の圧電駆動ユニット１の動作において、例えば圧
電素子４が伸びると、これに対応して圧電素子の配置箇
所に設けられた弾性部61も伸びる。圧電素子の剛性k
_p（kg/mm）、弾性部の長手方向の剛性をk_k（kg/mm）、
圧電素子の無負荷時の変位量u₀とすると、圧電素子の伸
び量u_pは、 で表される。つまり、弾性部の剛性k_kを、圧電素子の剛
性k_pの1/10にした場合には、圧電素子の伸び量u_pは、u_p
＝0.9×u₀となり、実用上差支えない。

また前記実施例では、弾性部61〜64として平板状部材
を用いたが、ヒンジ状の部材など他形状の弾性部で構成
することができるのは勿論である。

〔考案の効果〕

以上の説明で明らかなように本考案によれば、圧電モ
ータにおいて圧電素子を組み付ける支持部を支持ブロッ
クで一体形状により形成するように構成したため、変位
伝達効率の高い且つ製造コストの安価な圧電モータを実
現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る圧電モータの一実施例を示す側面
図、第２図は従来の典型的圧電モータの側面図である。 〔符号の説明〕 １……圧電駆動ユニット ２……被駆動体 ３……押付け装置 4,5……圧電素子 ６……支持ブロック 6A……基部としての剛体部 6B,6C……変位伝達部としての剛体部 6D……変位合成部としての剛体部 ８……接触駆動部 61,62……第１弾性部 63,64……第２弾性部

Claims (2)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】基部としての第１剛体部と、被駆動体を支
   持し摩擦駆動する変位合成部としての第２剛体部と、第
   １剛体部と第２剛体部の間にて対称的位置関係に配置さ
   れた変位伝達部しての２つの第３剛体部と、第１剛体部
   と第３剛体部を連結する第１弾性部と、第２剛体部と第
   ３剛体部を連結する第２弾性部とを有し、これらの部分
   が一体的に成形された支持ブロックと、 ２つの前記第１弾性部のそれぞれに形成されたスペース
   に配設され、それぞれ所定の方向に伸縮する２つの圧電
   素子とを備え、 制御・駆動回路により２つの前記圧電素子が所定関係で
   振動すると、前記第２剛体部における振動合成により回
   転振動が発生し、前記被駆動体を移動させることを特徴
   とする圧電モータ。
2. 【請求項２】請求項１記載の圧電モータにおいて、前記
   弾性部は平板状部材で構成されることを特徴とする圧電
   モータ。