JPH03273871A

JPH03273871A - 圧電モータ

Info

Publication number: JPH03273871A
Application number: JP2075039A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Nishizawa; 西澤　猛
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1990-03-22
Filing date: 1990-03-22
Publication date: 1991-12-05

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〕本発明はモータに関する。

〔従来の技術〕

今日、一般に使用されているモータは電磁式であるが、
その性能はそれを構成している磁性材料、導電材料など
の特性により制限を受け、もはや飛躍的な進歩は期待で
きない。圧電振動子から出る強力超音波振動エネルギー
をモータの駆動方式に取り入れる試みは以前からなされ
ている。超音波モータでは正弦波振動で共振を励振され
た振動を２つ重ね合わせることにより、振動片先端の軌
跡に楕円軌道を描かせ、振動片に接した物質を移動させ
る現象を利用したものである。今日最も実用化に近い超
音波モータは進行波型超音波モータであるが、その動作
原理は、棒にたわみ振動の進行波を発生させ、これをス
テータとしてその表面に移動子を圧着すると、進行波の
楕円振動を受けて、移動子が進行波の進行と逆向きに移
動するものもある。しかし表面波の振幅はせいぜい１１
ＩＩｉ以内であるのでステータとロータのそれぞれの表
示状態の影響を大きく受ける。そこで二個の共振子を独
自に駆動することによってステータとロータの垂直方向
の振幅を大きくする試みがなされている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし従来の超音波モータは駆動源として振動子の共振
現象を利用しているために、その基本共振周波数で励振
されたときのみ機能する。一般に超音波振動子では数百
オングストロームの圧電振動が数十趨の大振幅に共鳴増
幅される。また、共振子は機械的品質係数が高い。した
がって、駆動電圧の周波数が共振周波数から僅かに外れ
ただけでも超音波振動の振幅は激減してしまう。また、
機械的角筒が変動するとモータの共振周波数が変化して
しまい、停止してしまうという欠点がある。

本発明の目的は、圧電素子を用いた回転形の圧電モータ
を提供することである。

（課題を解決するための手段）本発明の圧電モータは、固定部と、円孔または歯車が周囲に形成された円孔を有する駆動板
と、駆動板の円孔を、該円孔と偏心して貫通し、回転可能に
支持され、円孔よりわずかに径の小さい円柱部または前
記歯車と噛合う歯車が付属した回転軸と、第１および第２の圧電素子と、山形の梁と、それぞれ第１．第２の圧電素子の各端面と
固定部と梁の各端に接続されて、それぞれ第１．第２の
圧電素子の変位を梁の中央部において拡大する一対のレ
バーアームとからなり、鉄梁の中央部が駆動体の端面に
ヒンジを介して接続されている第１．第２の変位拡大機
構と、第１．第２の圧電素子に互いに９０度位相の異な
った電圧を印加する手段とからなり、第１の変位拡大機
構の梁の中央部と駆動板の円孔の中心を結ぶ直線と第２
の変位拡大機構の梁の中央部と駆動板の円孔の中心を結
ぶ直線が９０度をなす。

〔作用〕

第１．第２の圧電素子に９０度位相の異なった電圧を印
加すると、駆動板は揺動運動をする１回転軸は円孔の側
面と一箇所で接触するか９円孔の周囲の歯車と係合して
いるので円周方向のｌｔＩｍ力または歯車の噛合い力が
作用して回転軸は回転運動をする。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図（ａ）は本発明の一実施例の圧電モータの平面図
、第１図（ｂ）はその側面図である。

グリ−シートを積層して圧電セラミックと金属簿膜とが
交互に多数枚積層された第１の圧電素子１は、断面が２
　ｗｘ　Ｘ　３　ｗｇで、長さが１０■で、電圧１５０
■を印加すると９鳩麦位する。第１の電圧素子１の両端
はヒンジ２、ヒンジ３を介してそれぞれレバーアーム４
、レバーアーム５に接続されている。レバーアーム４、
レバーアーム５の一端は固定部６にそれぞれヒンジ７、
ヒンジ８を介して接続されている。レバーアーム４、レ
バーアーム５の他端には板厚０．３原のステンレスから
なる山形の梁９が接続されている。これらレバーアーム
４．５．梁９．ヒンジ２〜５は第１の変位拡大機構を構
成している。もう一つの第２の圧電素子１０につながる
第２の変位拡大機構の構成も同じである。一方、はぼ中
心に直径１０馴の円孔１２が形成された四角形の駆動板
１１の隣合った辺の中央にそれぞれの変位拡大機構の梁
９の中心がヒンジ１３、ヒンジ１４を介して接続されて
いる。すなわち、ヒンジ１３と円孔１２の中心を結ぶ直
線と、ヒンジ１４と円孔１２の中心を結ぶ直線は９０度
をなしている。回転軸１５は軸受１６゜１７で保持され
ている。回転軸１５は駆動板１１の円孔１２の中心に対
して０．０２５ａｍ＋偏心していて外径は０．０５ａｍ
＋だけ円孔１２に対して小さくなっている。初期状態（
印加電圧がＯ■の状Ｒ）ではヒンジ１３、ヒンジ１４を
結ぶ直線の中心と円孔１２の中心とを結ぶ直線上で円孔
１２と回転軸１５が接している。

次に、この圧電モータの動作について説明する。

圧電素子１．１０にＯＶから１５０Ｖの９０度位相の異
なった正弦波の電圧を印加すると、変位拡大機構の駆動
板１１への接続部（ヒンジ１３、ヒンジ１４）は５．０
　趨互いに逆方向に変位し、駆動板１１は円孔１２の中
心を中心として変位拡大機構の先端の変位分の直径で揺
動運動をする。回転軸１５は円孔１２の側面と一箇所で
接触しているので回転軸１５には接線方向に摩擦力が作
用して回転軸１５が回転運動する。回転軸１５と駆動板
１１の円孔１２とは偏心しているので、それらの接する
箇所は順次変化して移動していく。

本実施例の圧電モータの性能は印加電圧が０■から１５
０■のｉ＄ｌＺの正弦波波形を印加した場合は回転数は
１ｏｏｒｐ−でトルクは３にｇ−ｃ■であった。’１ｋ
Ｈ７を中心にして周波数を変化させた時の回転数の変化
率はほぼ周波数に比例している。

第２図（１）は本発明の第２の実施例の圧電モータの平
面図、第２図（２）はその側面図である。

本実施例は第１の実施例と回転体と駆動体が異なってい
る。

駆動板１８のほぼ中心に駆動歯車１８ａが形成されてい
る。一方、回転軸１９の接触部には駆動歯車１８ａの中
心から０．０２５履偏心した中心を有し、直径が駆動歯
車１８ａのそれよりも０，０５履小さい歯車１９ａが形
成されている。なお、歯車１８ａ、１９ａの形状は回転
軸１９と駆動板１８に形成されたそれぞれの歯車が順次
接触していくように設計されている。

本実施例の圧電モータの性能は第１の実施例のものとほ
ぼ等しい。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、圧電素子の非共振の圧電
振動を利用することにより、従来の共振モード利用の超
音波モータと異なり駆動周波数に関係なく動作するモー
タが得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の一実施例の圧電モータの平面図
と側面図、第２図は本発明の第２の実施例の圧電モータ
の平面図と側面図である。１・・・第１の圧電素子、２・・・ヒンジ、３・・・ヒ
ンジ、４・・・レバーアーム、５・・・レバーアーム、
６・・・固定部、７・・・ヒンジ、８・・・ヒンジ、９
・・・梁、１０・・・第２の圧電素子、１１．１８・・
・駆動板、１２・・・円孔、１３・・・ヒンジ、１４・
・・ヒンジ、１５．１９・・・回転軸、１６・・・軸受
、１７・・・軸受、１８ａ・・・駆動歯車、１９ａ・・
・歯車。（１）

Claims

【特許請求の範囲】１、固定部と、円孔または歯車が周囲に形成された円孔を有する駆動板
と、駆動板の円孔を、該円孔と偏心して貫通し、回転可能に
支持され、円孔よりわずかに径の小さい円柱部または前
記歯車と噛合う歯車が付属した回転軸と、第１および第２の圧電素子と、山形の梁と、それぞれ第１，第２の圧電素子の各端面と
固定部と梁の各端に接続されて、それぞれ第１，第２の
圧電素子の変位を梁の中央部において拡大する一対のレ
バーアームとからなり、該梁の中央部が駆動体の端面に
ヒンジを介して接続されている第１，第２の変位拡大機
構と、第１，第２の圧電素子に互いに９０度位相の異なつた電
圧を印加する手段とからなり、第１の変位拡大機構の梁の中央部と駆動板の円孔の中心
を結ぶ直線と第２の変位拡大機構の梁の中央部と駆動板
の円孔の中心を結ぶ直線が９０度をなす圧電モータ。