JPH0454879A

JPH0454879A - 磁歪モータ

Info

Publication number: JPH0454879A
Application number: JP2161423A
Authority: JP
Inventors: Toshiyasu Takura; 田倉　敏靖
Original assignee: Tokyo Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba TEC Corp
Priority date: 1990-06-21
Filing date: 1990-06-21
Publication date: 1992-02-21

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】［産業上の利用分野コ本発明は、例えばプリンタやファクシミリ等に使用され
るプラテンを回転駆動したり、用紙送り機構の駆動源に
適した磁歪モータに関する。

［従来の技術］従来、非晶質磁歪モータが知られている。これは特開昭
５５−４６８８３号公報に見られるようにステータ又は
ロータの一方、例えばステータを非晶質磁歪材とこれに
巻き付けた励磁用巻線、バイアス用巻線からなる振動子
によって構成し、このステータの先端をバネ等の荷重手
段を使用してロータの表面に押付けるようにしている。

そして励磁用巻線に交流電流を通電すると非晶質磁歪材
の長さ方向に磁歪現象が発生し、その結果ステータが長
さ方向に伸縮運動を行い、これによりステータの先端が
ロータの外周に沿って往復運動を行う。またステータに
は荷重手段によりロータに対して押付は作用が働いてい
るので、ステータがらロータには突き進めるような力が
作用しその結果ロータが回転するようになっている。

［発明が解決しようとする課題］しかしこのようにステータの伸縮動作によりロータに突
き進めるようなカを作用させてロータを回転するように
したのでは、ステータが伸びてロータを押した後ステー
タが収縮するときにロータ表面にそのロータの回転方向
に対してそれを戻すような力、すなわち摩擦力が作用す
ることになり、ロータの回転がスムーズにできなくなる
問題があった。

また駆動周波数と印加電圧によって回転周波数が一義的
に決まるためモータとして回転速度を幅広く変化させる
ことができず、モータの利用範囲が限定されてしまう問
題があった。

さらにロータに対してステータを当接させるように配置
し、かつステータに対してバネ等の荷重手段を付設して
いるので、全体として装置が大形化し、小形偏平に構成
することはできなかった。

そこで本発明は、回転がスムーズにできるとともに回転
周波数を幅広く変化させることができ、また低周波駆動
時において微小高精度のステップ送りが実現でき、しか
も偏平小形化することが容易にできる磁歪モータを提供
しようとするものである。

［課題を解決するための手段］請求項（１）対応の発明は、出力回転軸の周面に接触し
かつその回転軸の接線方向に移動可能に設けられた可動
部材と、この可動部材を回転軸に押圧する押圧手段と、
棒状磁歪材にコイルを巻装して駆動源を構成し、コイル
への通電、非通電による棒状磁歪材の軸方向の膨脹、収
縮により可動部材を回転軸の接線方向に駆動′制御する
駆動手段と、押圧手段による可動部材の回転軸への押圧
状態を解除する抑圧解除手段とからなり、棒状磁歪材の
膨張時押圧解除手段を動作させ、又は棒状磁歪材の収縮
時押圧解除手段を動作させることにより出六回転軸を回
転動作するものである。

請求項（２）対応の発明は、棒状磁歪材にコイルを巻装
した駆動源を設け、コイルへの通電による棒状磁歪材の
軸方向の膨脹により可動部材の回転軸への押圧状態を解
除する押圧解除手段を使用したものである。

請求項（３）対応の発明は、押圧解除手段における棒状
磁歪材の軸方向の先端位置調整を行う調整手段を設けた
ものである。

請求項（４）対応の発明は、電磁石に永久磁石を対向配
置した駆動源を設け、電磁石と永久磁石とに作用する反
発力により可動部材の回転軸への押圧状態を解除する押
圧解除手段を使用したものである。

請求項（５）対応の発明は、弾性部材を使用した押圧手
段を使用したものである。

請求項（６）対応の発明は、可動部材を１対、出力回転
軸の周面の対向する部位に接触して設けたものである。

請求項（７）対応の発明は、可動部材を磁性材で構成す
るとともにその可動部材と駆動手段の駆動源を構成する
棒状磁歪材を一体的に結合して磁気回路を形成したもの
である。

請求項（８）対応の発明は、その磁気回路中の一部に永
久磁石を設けたものである。

請求項（９）対応の発明は、出力回転軸の周面にそれぞ
れ接触するとともにその回転軸の接線方向に移動可能に
設けられ、かつ回転軸を包囲するように対向配置された
磁性材からなる１対の可動部材と、この各可動部材を挾
持しその各可動部材を回転軸にそれぞれ圧接させる圧接
手段と、各可動部材にそれぞれ一体的に結合された棒状
磁歪材に第１コイルを巻装して駆動源を構成し、第１コ
イルへの通電、非通電による棒状磁歪材の軸方向の膨脹
、収縮により各可動部材を回転軸の接線方向にそれぞれ
駆動制御する１対の駆動手段と、各可動部材の対向空間
内に棒状磁歪材に第２コイルを巻装した駆動源を設け、
第２コイルへの通電による棒状磁歪材の軸方向の膨脹に
より各可動部材の回転軸への圧接状態を解除する圧接解
除手段とからなり、棒状磁歪材の膨張時圧接解除手段を
動作させ、又は棒状磁歪材の収縮時圧接解除手段を動作
させることにより出力回転軸を回転動作するものである
。

［作用］このような構成の本発明においては、押圧手段にて出力
回転軸に可動部材が押圧されている状態で駆動手段のコ
イルに通電を行うと棒状磁歪材が軸方向に膨脹する。こ
れにより可動部材が回転軸の接線方向の一方向に駆動さ
れる。このとき可動部材は回転軸に押圧されているので
可動部材と回転軸とに摩擦力が作用し回転軸は一方向側
に微小距離回転される。

続いて押圧解除手段を動作すると可動部材の回転軸への
押圧状態が解除される。さらに駆動手段のコイルを非通
電状態にすると棒状磁歪材が軸方向に収縮する。これに
より可動部材は回転軸と接触しない状態で接線方向の他
方向に駆動される。

従って回転軸は同等作用を受けず回転することはない。

そして最後に押圧解除手段を非動作状態にし最初の状態
に戻る。こうして１ステップ動作が終了し、以降このス
テップが繰り返されることにより出力回転軸は接線方向
の一方向にステップ回転することになる。

また逆に駆動手段のコイルに通電が行われ棒状磁歪材が
軸方向に膨脹するときに押圧解除手段を動作させておき
、その後押圧解除手段を非動作状態にして駆動手段のコ
イルを非通電状態にして棒状磁歪材を軸方向に収縮させ
ると、可動部材は回転軸に押圧された状態で接線方向の
他方向に駆動される。従って出力回転軸は接線方向の他
方向にステップ回転することになる。すなわち上記とは
逆方向に回転する。

［実施例コ以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図に斜視図、第２図にそのＡ−Ａ断面図を示すよう
に、Ｌ字形の上フレーム１と同じくＬ字形の下フレーム
２を組合わせて偏平四角形状の筐体３を形成している。

前記筐体３内両側にはそれぞれ第１、第２の駆動手段４
，５が収納され、また中央部には例えばプラテン６の回
転軸が出力回転軸７として収納されている。

前記駆動手段４．５は、それぞれ棒状磁歪材８゜９を設
け、その一端を前記上フレーム１、下フレーム２で形成
される側壁に埋設して固定し、その他端を押圧部材を構
成するＬ字形の板バネ１０゜１１の一辺側を貫通して前
記筐体３内に移動自在に収納された可動ヨーク１２．１
３に埋設して固定されている。前記各板バネ１０．１１
は水平方向には剛性が大で垂直方向には振動するバネと
なっている。

前記各棒状磁歪材８，９はＬａからＬｕまでの希土類金
属（ランタナイド金属）やＴｂＦｅ２゜Ｔｂ　（ＮｉＦ
ｅ２）、Ｔｂ　（ＣｏＦｅ２）等室温においても数百エ
ルステッド程度の低磁界で０．１％を越える超磁歪特性
が得られるラーベス型金属間化合物で構成されている。

そしてこの各棒状磁歪材８．９には第１、第２のＡ相コ
イル１４．１５が巻装されている。

前記各板バネ１０．１１の一辺側はそれぞれ前記各可動
ヨーク１２．１３に接着固定され、その各板バネ１０．
１１の他辺側は前記出力回転軸７の周面上方まで延出し
ている。

前記各板バネ１０．１１の他辺側と前記出力回転軸７の
周面との間には可動部材１６．１７がそれぞれ設けられ
、この各可動部材１６．１７は前記各板バネ１０．１１
の他辺側に対しては接着固定され、また前記出力回転軸
７の周面に対しては摺動自在となっている。

前記各可動部材１６．１７は前記板バネ１０゜１１によ
って前記出力回転軸７の周面に、その周面との間で所定
の摩擦力が得られるように押圧されている。

前記筐体３内の前記出力回転軸７と各可動ヨーク１２．
１３との間には押圧解除手段１８．１９がそれぞれ収納
されている。前記各押圧解除手段１８．１９は棒状磁歪
材２０．２１を設け、この各棒状磁歪材２０．２１に第
１、第２のＢ相コイル２２．２３が巻装されている。

前記各棒状磁歪材２０．２１の先端はそれぞれ前記各可
動部材１６．１７を抑圧できる位置に位置決めされ、後
端には調節手段を構成する調整ネジ２４．２５が当接し
ている。

そして第３図に示すように＋ＶＣＣ端子と接地間に前記
各Ａ相コイル１４．１５を並列に介してＮＰＮ形の第１
のスイッチングトランジスタ２６を接続するとともに前
記各Ｂ相コイル２２．２３を並列に介してＮＰＮ形の第
２のスイッチングトランジスタ２７を接続している。

このような構成の本実施例においては先ず第２のスイッ
チングトランジスタ２７をオンさせてＢ相コイル２２．
２３を励磁させる。これにより各棒状磁歪材２０．２１
が膨脹する。この状態で調整ネジ２４を調整し可動部材
１６が出力回転軸７の周面から離れるようにする。また
調整ネジ２５を調整し可動部材１７が出力回転軸７の周
面から離れるようにする。

こうして調整が終了すると第２のスイッチングトランジ
スタ２７をオフにする。これによりＢ相コイル２２．２
３は非励磁状態となり各棒状磁歪材２０．２１は収縮し
各可動部材１６．１７がそれぞれ板バネ１０．１１に押
圧されて出力回転軸７の周面に圧接するようになる。

このような調整が行われた後に第１、第２のスイッチン
グトランジスタ２６．２７に例えば第４図の（ａ）に示
すタイミングで駆動信号Ｓ、、Ｓ２を供給すると、先ず
駆動信号Ｓ１の立上りにより第１のスイッチングトラン
ジスタ２６がオンされる。これによりＡ相コイル１４．
１５が励磁され磁界が発生する。こうして先ず駆動手段
４．５の各棒状磁歪材８．９が第５図に点線の矢印で示
すように水平方向に膨脹する。各棒状磁歪材８．９はそ
の一端が上フレーム１、下フレーム２により固定されて
いるので他端側か膨脹し、これにより可動ヨーク１２．
１３がそれぞれ出力回転軸７側に例えば数十〜数ミクロ
ン程度変位する。

今冬可動部材１６．１７が板バネ１０．１１によって出
力回転軸７の周面に圧力Ｗて押圧され、かつ各可動部材
１６．１７と出力回転軸７の周面との摩擦係数がμであ
るとすると、各可動部材１６．１７と出力回転軸７の周
面との接触部には図中実線の矢印で示すように時計回り
の接線方向にＦ−μＷの摩擦力が作用する。

こうして出力回転軸７は各可動部材１６．１７によって
時計方向の回転力を受けて回転する。

続いて駆動信号Ｓ２が立上ると第２のスイッチングトラ
ンジスタ２７がオンされる。これによりＢ相コイル２２
．２３が励磁され磁界が発生する。

こうして押圧解除手段１８．１９の各棒状磁歪材２０．
２１が垂直方向に膨脹する。各棒状磁歪材２０．２１は
その後端側か調整ネジ２４．２５により固定されている
ので先端側が膨脹し、これにより可動部材１６．１７を
板バネ１０．１１による押圧力に抗して押し上げ出力回
転軸７の周面から離す。

続いて駆動信号Ｓ、が立上がると第１のスイッチングト
ランジスタ２６がオフされる。これによりＡ相コイル１
４．１５が非励磁状態となる。

こうして駆動手段４，５の各棒状磁歪材８，９が水平方
向に収縮する。従って可動ヨーク１２゜１３が元の状態
に戻る。

このとき各可動部材１６．１７と出力回転軸７の周面と
は非接触状態となっているので各可動部材１６．１７は
出力回転軸７に対して同等回転力を与えること無く元の
状態に戻る。

続いて駆動信号Ｓ２が立下がると第２のスイッチングト
ランジスタ２７がオフされる。これによりＢ相コイル２
２．２３が非励磁状態となる。

こうして押圧解除手段１８．１９の各棒状磁歪材２０．
２１が垂直方向に収縮し、これにより各可動部材１６．
１７が板バネ力により出力回転軸７の周面に押圧される
ようになる。

こうして最初の状態に戻り１ステツプの動作が終了する
。

このスイップ動作を繰返すことにより出力回転軸７は時
計方向に微小ステップ回転することになる。

また上記とは逆の制御、すなわち第４図の（ｂ）に示す
ように先ず駆動信号Ｓ２が立上り、続いて駆動信号Ｓ１
が立上り、続いて駆動信号Ｓ２が立下り、最後に駆動信
号Ｓ１が立下る制御を行えば、各押圧解除手段１８．１
９で各可動部材１６゜１７の出力回転軸７に対する押圧
状態が解除されている状態で各棒状磁歪材８，９の膨脹
が行われるので各可動部材１６．１７は出力回転軸７に
対して同等回転力を与えること無く可動する。また各押
圧解除手段１８．１９による解除動作が停止され各可動
部材１６．１７が出力回転軸７に対して押圧している状
態で各棒状磁歪材８，９の収縮が行われるので各可動部
材１６．１７は元の位置に戻りつつ出力回転軸７に対し
て反時計方向の回転力を与えることになる。

こうして出力回転軸７は反時計方向、すなわち上記とは
逆回転するようになる。

このように各可動部材１６．１７により出力回転軸７に
対して確実に回転力を与えることができるので、出力回
転軸７の回転動作がスムーズにできるようになる。従っ
てプラテン６の回転制御が正確にてきる。

また各スイッチングトランジスタ２６．２７をオン、オ
フ動作する駆動信号Ｓ、、Ｓ２の周波数を変化すれば各
可動部材１６．１７によって出力回転軸７に与えられる
回転力の周期が変化するので、出力回転軸７の回転周波
数を幅広く変化させることができる。

また各可動部材１６．１７が１往復動作する１ステツプ
においての出力回転軸７の回転角度は極小さい。従って
出力回転軸７を低周波駆動すればプラテン６の微小高精
度送りが確実にできる。

さらにモータ全体の厚みを出力回転軸７の径と各可動部
材１６．１７及び各フレーム１，２の厚みを加算した程
度にできるので、全体として偏平小形化することが簡単
にできる。

次に本発明の他の実施例を図面を参照して説明する。な
お、前記実施例と同一の部分には同一の符号を付して詳
細な説明は省略する。

先ず第６図に示すものは、可動ヨークと可動部材をヨー
ク材で一体化した断面り字形状の可動部材３１．３２を
使用するとともに押圧手段として弾性ゴム部材３３．３
４をフレーム１と可動部材３１及びフレーム２と可動部
材３２との間に介挿している。さらにフレーム１と可動
部材３１及びフレーム２と可動部材３２との間に弾性を
有する接着剤を介して永久磁石３５．３６を固定してい
る。

本実施例においてもＡ相コイル１４．１５が励磁される
と棒状磁歪材８，９が膨脹して可動部材３１．３２が可
動するとともにＡ相コイル１４゜１５の励磁が停止され
ると棒状磁歪材８．９が縮小して可動部材３１．３２が
元の位置に戻り、またＢ相コイル２２．２３が励磁され
ると棒状磁歪材２０．２１が膨脹して可動部材３１．３
２を弾性ゴム部材３３．３４による押圧力に抗して押し
上げて可動部材３１．３２を出力回転軸７の周面から離
すとともにＢ相コイル２２．２３の励磁が停止されると
棒状磁歪材２０．２１が縮小して可動部材３１．３２を
元の出力回転軸７の周面に圧接した状態に戻すので、前
記実施例と同様の効果が得られる。

また可動ヨークと可動部材をヨーク材で一体化している
ので、構成が簡単となり製造が容易となる。

さらに棒状磁歪材８，９、可動部材３１，３２、フレー
ム１，２で形成される磁気回路中に永久磁石３５．３６
を介挿しているので、棒状磁歪材８゜９に予めバイアス
磁束を与えることができ、可動部材３１．３２を動作さ
せるときの効率を高め応答性を向上させることができる
。

第７図に示すものは、可動ヨークと可動部材をヨーク材
で一体化した断面コ字形状の可動部材４１．４２を使用
し、その各可動部材４１．４２の両側にその各可動部材
４１．４２を挾持して出力回転軸７の周面に圧接させる
バネ部材４３゜４４を圧接手段として取り付けている。

また棒状磁歪材２０．２１にＢ相コイル２２゜２３を巻
装した押圧解除手段１８．１９を前記可動部材４１．４
２で囲まれる空間内に設けている。

本実施例においては棒状磁歪材２０．２１の長さ方向の
寸法を出力回転軸７の径と同一寸法の公差下限値に仕上
げる必要がある。このように棒状磁歪材２０．２１の長
さ方向の寸法精度を設定すれば調整ネジ等による棒状磁
歪材２０．２１の調整を不要にできる。

そしてＡ相コイル１４．１５が励磁されると棒状磁歪材
８，９が膨脹して可動部材４１．４２が可動するととも
にＡ相コイル１４．１５の励磁が停止されると棒状磁歪
材８，９が縮小して可動部材４１．４２が元の位置に戻
り、またＢ相コイル２２．２３が励磁されると棒状磁歪
材２０．２１が膨脹して可動部材４１．４２をバネ部材
４３゜４４による圧接力に抗して押し広げて可動部材４
１．４２を出力回転軸７の周面から離すとともにＢ相コ
イル２２．２３の励磁が停止されると棒状磁歪材２０．
２１が縮小して可動部材４１゜４２を元の出力回転軸７
の周面に圧接した状態に戻すので、前記実施例と同様の
効果が得られる。

なお、前記各実施例では抑圧解除手段として棒状磁歪材
２０．２１にＢ相コイル２２．２３を巻装したものを使
用したが必ずしもこれに限定されるものではなく、例え
ば第８図に示すように磁性体ヨーク５１．５２にＢ相コ
イル２２．２３を巻装した電磁石と可動部材１６．１７
に固定した永久磁石５３．５４を対向配置したものを抑
圧解除手段として使用してもよく、この場合はＢ相コイ
ル２２．２３が励磁されたとき電磁石と永久磁石５３．
５４とに大きな反発力が作用して可動部材１６．１７を
板バネ１０．１１の押圧力に抗して押し上げ出力回転軸
７の周面から離すことになる。

なお、前記実施例ではプラテンの軸を出力回転軸とした
が必ずしもこれに限定されるものではなく、例えば用紙
搬送機構のローラ軸であってもよく、各種の用途が考え
られるものである。

［発明の効果］以上詳述したように本発明によれば、回転がスムーズに
できるとともに回転周波数を幅広く変化させることがで
き、また低周波駆動時において微小高精度のステップ送
りが実現でき、しかも偏平小形化することが容易にてき
る磁歪モータを提供できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第５図は本発明の一実施例を示すもので、第
１図は外観を示す斜視図、第２図は第１図のＡ−Ａ断面
図、第３図はコイルの駆動回路図、第４図は第３図にお
ける駆動信号のタイミング波形図、第５図は出力回転軸
を回転させる動作原理を説明するための図、第６図乃至
第８図は本発明の他の実施例を示す断面図である。４．５・・・駆動手段、７・・・出力回転軸、８．９・
・・棒状磁歪材、１４．１５・・・Ａ相コイル、１０．
１１・・・板バネ（押圧手段）、１６．１７・・・可動
部材、１８．１９・・・押圧解除手段、２０．２１・・・棒状磁歪材、２２．２３・・・Ｂ相コイル、２４．２５・・・調整ネジ（調整手段）。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦（ａ）（ｂ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）出力回転軸の周面に接触しかつその回転軸の接線
方向に移動可能に設けられた可動部材と、この可動部材
を前記回転軸に押圧する押圧手段と、棒状磁歪材にコイ
ルを巻装して駆動源を構成し、前記コイルへの通電、非
通電による前記棒状磁歪材の軸方向の膨脹、収縮により
前記可動部材を前記回転軸の接線方向に駆動制御する駆
動手段と、前記押圧手段による前記可動部材の前記回転
軸への押圧状態を解除する押圧解除手段とからなり、前
記棒状磁歪材の膨脹時前記押圧解除手段を動作させ、又
は前記棒状磁歪材の収縮時前記押圧解除手段を動作させ
ることにより前記出力回転軸を回転動作することを特徴
とする磁歪モータ。
（２）押圧解除手段は、棒状磁歪材にコイルを巻装した
駆動源を設け、前記コイルへの通電による前記棒状磁歪
材の軸方向の膨脹により可動部材の回転軸への押圧状態
を解除することを特徴とする請求項（１）記載の磁歪モ
ータ。
（３）請求項（２）記載の磁歪モータにおいて、押圧解
除手段における棒状磁歪材の軸方向の先端位置調整を行
う調整手段を設けたことを特徴とする磁歪モータ。
（４）押圧解除手段は、電磁石に永久磁石を対向配置し
た駆動源を設け、前記電磁石と永久磁石とに作用する反
発力により可動部材の回転軸への押圧状態を解除するこ
とを特徴とする請求項（１）記載の磁歪モータ。
（５）押圧手段は、弾性部材を使用したことを特徴とす
る請求項（１），（２），（３）又は（４）記載の磁歪
モータ。
（６）可動部材を１対、出力回転軸の周面の対向する部
位に接触して設けたことを特徴とする請求項（１），（
２），（３），（４）又は（５）記載の磁歪モータ。
（７）可動部材を磁性材で構成するとともにその可動部
材と駆動手段の駆動源を構成する棒状磁歪材を一体的に
結合して磁気回路を形成したことを特徴とする請求項（
１），（２），（３），（４），（５）又は（６）記載
の磁歪モータ。
（８）磁気回路中の一部に永久磁石を設けたことを特徴
とする請求項（７）記載の磁歪モータ。
（９）出力回転軸の周面にそれぞれ接触するとともにそ
の回転軸の接線方向に移動可能に設けられ、かつ前記回
転軸を包囲するように対向配置された磁性材からなる１
対の可動部材と、この各可動部材を挾持しその各可動部
材を前記回転軸にそれぞれ圧接させる圧接手段と、前記
各可動部材にそれぞれ一体的に結合された棒状磁歪材に
第１コイルを巻装して駆動源を構成し、前記第１コイル
への通電、非通電による前記棒状磁歪材の軸方向の膨脹
、収縮により前記各可動部材を前記回転軸の接線方向に
それぞれ駆動制御する１対の駆動手段と、前記各可動部
材の対向空間内に棒状磁歪材に第２コイルを巻装した駆
動源を設け、前記第２コイルへの通電による前記棒状磁
歪材の軸方向の膨脹により前記各可動部材の回転軸への
圧接状態を解除する圧接解除手段とからなり、前記棒状
磁歪材の膨脹時前記圧接解除手段を動作させ、又は前記
棒状磁歪材の収縮時前記圧接解除手段を動作させること
により前記出力回転軸を回転動作することを特徴とする
磁歪モータ。