JPH0515154B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔技術分野・発明の目的〕 本発明は圧電モータの改良に係り、摺動トルク
発生に伴う摺動面の摩耗を少くするため、摺動面
を広くして摺動圧力の分担を軽減させた圧電モー
タを提供することを目的とする。 〔背景技術〕 ロータをステータに圧着し、両者の接触面間に
超音波振動による回転トルクを発生させる圧電モ
ータには、ロータとステータとの端面を直接圧着
することなく、間に振動片と称する傾斜板を配置
し、超音波振動子のたて振動を垂直面内の回転ト
ルクに変える「キツツキ型」と呼ばれる圧電モー
タがあるが、振動片の摺動面の摩耗が激しいこと
が欠点である。 この欠点を補つた方式に表面波型もしくは進行
波型と呼ばれ、ロータ面とステータ面とを直接圧
着した状態で進行波を発生させロータを回転させ
る圧電モータがあるが、この方式では肝心の進行
波を発生させることが難かしい。進行波を発生さ
せるには反射波・定在波の発生を抑止しなければ
ならないので、発生の効率の低いことが欠点であ
つた。 〔発明の概要〕 この発明は上述した従来技術の欠点を解消する
もので、ロータをステータに圧着し、ステータの
ロータ接触面に超音波振動に基づく回転トルクを
発生させ、これを駆動力として前記ロータを回転
する圧電モータにおいて、 前記超音波振動に基づく回転トルクの発生源と
して、例えばモータケースや座金などの固定部材
に例えばボルト締めなどによつて取り付けられた
圧電厚み振動子と、その圧電厚み振動子と接触す
る捻り結合子と、その捻り結合子と接触する捻り
モード共振子とを一体に連結した捻りモードの超
音波振動子を用いたことを特徴とする捻りモード
駆動の圧電モータによつて目的を達成したもので
ある。以下本発明の実施例を図面に従つて説明す
る。 〔実施例〕 実施例 １ 第１図に本発明の捻りモード駆動の圧電モータ
の一実施例を示す。１は外径35mm，内径15mm，厚
さ２mmのPb（ZrTi）O₃系のドーナツ状圧電セラ
ミツクからなる２枚の厚み振動子であり、その正
分極面同志を対向させた間に外径35mm，内径15
mm，厚み0.1mmの燐青銅の端子板２を挾んだ。外
径35mm，内径11mm，厚さ15mmのアルミニウム円筒
の一方の開口端付近の周面に、放射状に深さ３
mm，幅２mmの溝を８本切り、この溝に厚さ２mm，
幅７mm，高さ11mmの板８枚をそれぞれ垂直に嵌合
し、アルミニウム円筒の軸を回転軸として、８枚
の歯状板の先端を捻り変形して捻り結合子３を構
成する。そしてこれの前記変形した歯状板３₁の
端面を捻り共振子４の底面に当接する。捻り共振
子４は底付円筒で、底面に加えられた捻り振動を
胴部で共振させる機能を有しているもので、円筒
の直径，肉厚はともかく、筒の長さが共振周波数
を決める上で重要である。ここでは胴長70mm，先
端の外径50mm，内径36mmの台形円筒を捻り共振子
４とした。 以上述べた捻り共振子４に捻り結合子３，厚み
振動子１および端子板２を重ねて円筒状のモータ
ケース６に収め、底部から直径10mm，長さ40mmの
キヤツプボルト５を通し、捻り共振子４の底面の
ネジ穴にトルクレンチを用いて150K_S・cmの力で
締め付けた。このようにして捻りモード駆動の圧
電モータのステータができ上つた。 ロータ７は直径50mm，厚さ10mmのアルミニウム
円板と、それの中心に突設された10mm径，20mm長
の回転軸からなつている。前記回転軸にコイルバ
ネ１０を嵌合し、モータケース６のふた８の中心
に埋め込まれたボールベアリング９のインナーリ
テーナにし、軸の先端に出力ギア１１をネジ付め
後ビン止めした。ふた８をモータケース６にビス
で固定すると、ロータ７の面は捻り共振子４の端
面に圧着される。組み上つたモータにリード線１
２，１３を通して約10ボルト24.5KHzの正弦波電
圧を印加すると、ロータ７が力強く回転し、先端
のギアから回転出力が得られる。回転数は毎秒数
回転で静かだが、周波数を僅かに変えると、回転
むらが生じ、10％も周波数が変化すると回転が止
まつてしまうので周波数の制御が重要である。
又、共振子４の円筒周辺に手を触れるとＱが減少
し、回転が止まることなどから円囲に沿つて、硬
質ゴムを軽くあてがう型式のブレーキを付けるこ
ともできる。 なお、モータを動作させるための電気的高周波
入力を、互に僅かに異なる２つの周波数に切り換
えられるようにすれば、正逆転が可能となる。 実施例 ２ 本発明の捻りモード駆動の圧電モータは、捻り
共振子が最も重要な機能を果している。共振子の
長さは

【式】で与えられ、20KHzに 対して80mm，39KHzに対して40mm程度であるが、
長さが短かくなると捻り振動の振幅が小さくなる
ので、長さは50mm以上、周波数は35KHz以下が
適当である。このように共振子が長くなる傾向に
あるため、圧電モータ全体の長さが長くなつてし
まう縮念がある。この点を解消した実施例を以下
にのべる。 構成部品は実施例１とほぼ同じである。厚み振
動子２０を捻り結合子２２および座金２４と重
ね、円筒状捻り共振子２５の内部にキヤツプボル
ト２６で強く締め付けて一体に固定する。ここで
捻り結合子２２は、実施例１と同じようにそれの
歯状板２３に対してたて振動子が胴になつている
ので、たて共振周波数が捻り共振に近くなるよう
長さを35mmにした。捻り共振子２５は一見モータ
のケースのように見えるが、底面にボルトで締め
付けられた結合子２２の歯状板２３で捻り振動を
励振し、胴部で共振させると先端の自由面には大
振幅が発生する。先端面にロータ２８を圧着する
とロータが回転するが、圧着方法は座金２４の中
心軸３４にロータ２８のボールベアリング軸受２
７を通し、コイルバネ２９を介在させて、ナツト
３１によつて固定したものであり、出力ギア３０
はロータ２８と一体加工したものである。この方
法で捻りモード駆動の圧電モータのサイズを約2/
３に短縮できた。本発明の捻りモード駆動の圧電
モータの共振子には屈曲モードなど他のモードが
寄生することなく、捻りモードとたてモードだけ
が励振できるサイズに設計しなければならない
が、このようにたて振動子を含めて設計された場
合は励振周波数を少し変えることにより逆回転さ
せることもできる。 〔発明の効果〕 以上説明したように、ロータをステータに圧着
し、ステータのロータ接触面に超音波振動に基づ
く回転トルクを発生させ、これを駆動力として前
記ロータを回転する圧電モータにおいて、前記超
音波振動に基づく回転トルクの発生源として、固
定部材に取り付けられた圧電厚み振動子と、その
電圧厚み振動子と接触する捻り結合子と、その捻
り結合子と接触する捻りモード共振子とを一体に
連結した捻りモードの超音波振動子を用いた構成
にしたから、ロータとステータの圧着を面接触に
できたので、摩耗力が大きくなり単位面積当たり
の圧着力を軽減でき従って摺動面の摩耗を防ぐこ
とができただけでなく、駆動周波数の切り換えで
容易に逆回転できることは「キツツキ型」には不
可能な利点である。もちろん「表面波型モータ」
の場合は逆回転可能であるが、同一周波数ながら
位相の90°異なる２つの高周波入力を同時に用い
なければならないことと比較すれば、本発明の捻
りモード駆動の圧電モータの逆回転方法は簡単で
あるなどの効果が大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の捻りモード駆動の圧電モータ
の一実施例を説明するための縦断面図、第２図は
本発明の捻りモード駆動の圧電モータの別の実施
例を示す縦断面図である。 １，２０……厚み振動子、３，２２……捻り結
合子、３，２３……歯状板、４，２５……捻り共
振子、５，２６……キヤツプボルト、７，２８…
…ロータ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ロータ７，２８をステータに圧着し、ステー
   タのロータ接触面に超音波振動に基づく回転トル
   クを発生させ、これを駆動力として前記ロータ
   ７，２８を回転する圧電モータにおいて、 前記超音波振動に基づく回転トルクの発生源と
   して、固定部材６，２４に取り付けられた圧電厚
   み振動子１，２０と、その圧電厚み振動子１，２
   ０と接触する捻り結合子３，２２と、その捻り結
   合子３，２２と接触する捻りモード共振子４，２
   ５とを一体に連結した捻りモードの超音波振動子
   を用いたことを特徴とする捻りモード駆動の圧電
   モータ。