JPH036154Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［考案の技術分野］ この考案は、圧電セラミツクによる振動を利用
した圧電形超音波モータ、特に回転運動を行うも
のに関する。

［考案の技術的背景とその問題点］ 従来、回転運動を行うものとして鉄心と巻線を
有するモータが使用されているが、構造が複雑で
重いこと、磁束が外部に漏れること、電源投入時
突入電流があり電源遮断時に高い逆起電圧を発生
するなどの問題があつた。このため近年、 BaTiO₃やPZTなどの圧電セラミツクによる振
動を応用した圧電形超音波モータが提案されてい
る。第７図に圧電形直線モータの基本構造を示す
が、金属、プラスチツクなどの弾性体からなる弾
性体レール１と、該レール１の一端または両端に
BaTiO₃やPZTなどの圧電セラミツクからなる圧
電振動子２と、前記レール１に加圧接触させた摺
動体３からなる。この圧電振動子２のいずれか一
方を圧電振動子の共振周波数の交番電圧で駆動す
ると、弾性体レール１には第８図に拡大図で示す
ような弾性波が発生し、レール１上を伝播する。
このとき弾性体レール１表面の質点４は波の進む
方向とは逆向きの楕円運動を行つており、この波
は１波長毎に頂点５をもつていてレール１上に摺
動体３を加圧接触させると、摺動体３のレール１
に接する面は弾性波の頂点５のみに接触するの
で、摺動体３はレール１との摩擦力によつて楕円
運動の方向すなわち弾性波の伝播方向とは逆向き
に移動する。第７図で駆動されていない他の圧動
振動子２はレール１上に発生する弾性波が効率よ
くレール１上を伝播するようにインピーダンス整
合をとるものである。

このような圧電形超音波モータは、構造が簡単
で直線運動が直接得られ、停止時は摩擦で摺動体
がレール上に固定されるので位置精度が高いなど
の特徴を有する反面、回転運動は得ることができ
ず、また摺動体に生ずる力はレールと摺動体の接
触部分に存在する波数に比例するため、大きな力
を得るには大形化する欠点を有していた。

［考案の目的］ この考案は、大きなトルクを有し、小形の回転
運動を行う圧電形超音波モータを得ることを目的
としたものである。

［考案の概要］ この考案になる回転運動を行う圧電形超音波モ
ータは、金属またはプラスチツクなどの弾性体か
らなり組合せて円環状を成す２個以上の円弧状の
弾性体レールと、該弾性体レールの組合せによつ
て前記円環状の成す面に対して直角に該弾性体レ
ール間の空隙部をはさんで固定した４個以上の圧
電振動子と、該圧電振動子を固定した弾性体レー
ルの反対面に加圧接触させた摺動円板とを具備し
たものである。

［考案の実施例］ 第１図に正面図、第２図に平面図、第３図に側
面図を示すように、金属またはプラスチツクなど
の弾性体からなる円環の２個所を切断して２本の
円弧状の弾性体レール１１を作成する。該弾性体
レール１１は前記のように円環を切断してもよい
が、組合せて円環状を成すものであればよい。該
弾性体レール１１はその断面が例えば円形、角形
（例えば三角形、六角形、八角形などの多角形を
含む）であり、それぞれの空隙部１２をはさんで
前記円弧状の弾性体レール１１を組合せた円環状
が成す面に対して直角に圧電振動子１３，１４お
よび１５，１６を溶接、ロウ付けなどにより固定
する。また該圧電振動子１３，１４および１５，
１６を固定した面の反対面に摺動円板１７を加圧
接触させるが、この摺動円板１７の加圧接触はス
プリングなどを使用して前記弾性体レール１１に
強く押し付けられる。なお１８は摺動円板１７に
設けた出力軸である。このような構成からなる圧
電形超音波モータでは、１本の弾性体レール１１
に固定された２個の圧電振動子のうちの１個例え
ば１３，１５を圧電振動子の共振周波数の交番電
圧で駆動するとともに、他の圧電振動子例えば１
４，１６に抵抗やインダクタンスを接続してイン
ピーダンスの整合をとると、圧電振動子１３，１
５に生ずる振動によつて弾性体レール１１に弾性
波が発生する。該弾性波は前記インピーダンス整
合用の圧電振動子１４，１６の方向に向かつて弾
性体レール１１上を伝播する。このとき弾性体レ
ール１１上の質点は、前述の第８図に示したよう
に弾性波の進行方向とは逆向きに楕円運動を行つ
ているので、弾性体レール１１に加圧接触してい
る摺動円板１７は弾性波の頂点に接触して弾性体
レール１１における質点の楕円運動の方向に摩擦
で送られ回転運動を行うものである。本考案にな
る圧電形超音波モータでは摺動円板１７は弾性体
レール１１上に生ずる全ての質点に発生する力を
利用できるため効率的に回転運動が得られるこ
と、円環を分割した円弧状の弾性体レール１１を
使用したので各弾性体レール１１毎に駆動点を有
するので弾性体レール１１による進行波の減衰が
小さく推力が大きいこと、該進行波の減衰が小さ
いことにより圧電振動子を小さくできること、駆
動周波数を上げることができるため圧電振動子を
薄くすることができることなどから小形の圧電形
超音波モータを得ることができる。

なお実施例では円環を２分割した２個の円弧状
の摺動円板１７を用いた場合について述べたが、
円環を３分割や４分割など多分割した複数個の円
弧状の摺動円板を用い、それぞれに圧電振動子を
固定しても同効である。また上記実施例は本孝案
になる圧電形超音波モータを原理的に説明したも
のであるが、第４図、第５図、第６図には具体的
な構造図を示す。第４図において２１は弾性体レ
ール、２２，２３は圧電振動子、２４は摺動円
板、２５は摺動円板の出力軸、２６は摺動円板２
４とケース２７内面との間に介挿して摺動円板２
４を加圧する圧縮コイルばねであり、該ケース２
７に、圧電振動子２２，２３を固定した弾性体レ
ール２１、出力軸２５を有する摺動円板２４、圧
縮コイルばね２６を順に積層し、前記出力軸２５
をケース２７より突出させて超音波モータを構成
してある。この第４図では弾性体レールに摺動円
板を加圧接触させる手段として圧縮コイルばねを
使用した場合を示し、第５図は板バネ３６、第６
図はゴムなどの弾性体４６を使用した例を示した
ものである。

［考案の効果］ この考案によれば、圧電振動子の発する弾性波
を有効に利用でき、進行波の減衰が小さいので推
力が大きく小形化できる特徴を有する回転運動を
行う圧電形超音波モータを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案になる圧電形超音波モータの構
成を示す正面図、第２図は本考案になる圧電形超
音波モータの平面図、第３図は同じく側面図、第
４図〜第６図は本考案になる圧電形超音波モータ
の構造を示す正断面図であり第４図は摺動円板の
加圧接触手段として圧縮コイルばねを用いた実施
例、第５図は同じく板ばねを用いた実施例、第６
図は同じく弾性体を用いた実施例、第７図は従来
の圧電形直線モータの構成を示すブロツク図、第
８図は圧電形モータの動作原理を示す斜視図であ
る。 １１……円弧状の弾性体レール、１２……切断
部、１３，１４，１５，１６……圧電振動子、１
７……摺動円板、１８……摺動円板の出力軸。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 金属またはプラスツクなどの弾性体からなり組
   合せて円環状を成す２個以上の円弧状の弾性体レ
   ール２１と、該弾性体レール２１の組合せによつ
   て前記円環状の成す面に対して直角に該弾性体レ
   ール２１間の空隙部を挟んで固定した４個以上の
   圧電振動子２２，２３と、該圧電振動子２２，２
   ３を固定した弾性体レール２１の反対面に接触さ
   せた出力軸２５を有する摺動円板２４とを具備
   し、前記圧電振動子２２，２３、弾性体レール２
   １、摺動円板２４を順に積層してケース２７に収
   納し、該ケース２７から前記出力軸２５を突出さ
   せるとともに、ケース２７内面と摺動円板２４と
   の間に加圧用ばね材２６を介挿させた回転運動を
   行う圧電形超音波モータ。