JPH06101943B2 - 圧電モ−タ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、超音波帯の固定共振に基づく進行波を利用
したモータに関し、特に円板状の圧電振動板を利用して
構成された圧電モータに関する。

［従来の技術］ 第２図は、従来の圧電モータの一例を示す。ここでは、
円環状のステータ１の一方面に同じく円環状の圧電振動
板２が固着されている。圧電振動板２は、第３図に示す
ように、隣り合う領域が厚み方向において互いに逆方向
に分極された複数の分極領域2a…2hを有する。他方、ス
テータ１の上方にはロータ３が押え板４、ボルト５およ
びボルト５に外挿されたばね６により圧接されている。
なお、７は弾性体、８は支持部材を示す。

第２図の圧電モータでは、圧電振動板２を駆動すること
によりステータ１の屈曲振動と結合されたステータ１の
周方向に進む進行波を形成し、該進行波に基づいてロー
タ３が回転されるように構成されている。

［発明が解決しようとする問題点］ 第２図の圧電モータでは、円環状のステータ１の片面に
のみ円環状の圧電振動板２が固着されているものである
ため、また進行波の発生する外周部で弾性体７を介して
ステータ１および圧電振動板２を支持するものであるた
め、電気−機械変換効率が充分でなかった。

また、上記のように電気−機械変換効率が充分でなく、
したがってステータ１上に発生される進行波に基づく振
幅が小さいので、ステータ１のロータ３と接触される面
を極めて平滑なものに仕上げなければならなかった。

よって、この発明の目的は、電気−機械変換効率に優
れ、かつステータとロータとの間の接触面の精度をさほ
ど高めずとも大きな回転力の得られる圧電モータを提供
することにある。

［問題点を解決するための手段］ この発明の圧電モータは、円板状のステータと、該ステ
ータの両面に固着された２枚の円板状の圧電振動板と、
支持部材とを備える。各圧電振動板には、隣り合う領域
が厚み方向において互いに逆方向に分極された複数の分
極領域が周方向に沿って形成されている。また、円板状
のステータは、圧電振動板を駆動させた場合に弾性変形
する材料により構成され、その中央には開口が形成され
ている。また、支持部材には、ステータの中央の開口に
挿通される固定軸が設けられている。

上記２枚の圧電振動板は、ステータの主面の外周部分に
おいてステータの撓み振動に結合されて形成される周方
向に進む進行波を発生させるように、互いの相当の分極
領域が相互にずらされた形態でステータの両面に固着さ
れている。

また、ステータは、その開口に固定軸が挿通された状態
で支持部材に押圧されることによって、その中心部分に
おいて支持部材により固定的に支持されている。

さらに、ステータの主面の外周部分に直接または間接的
に当接される被動面を有するロータと、該ロータの被動
面をステータの主面の外周部分に圧接させる圧接手段と
が備えられている。

［作用］ この発明の圧電モータでは、円板状のステータの両面に
円板状の圧電振動板が固着されており、圧電振動板を駆
動させた場合にステータの外周部分において周方向に進
む進行波が発生され、該進行波に基づいてロータが回転
される。この場合、進行波の発生は、ステータの両面に
固着された２枚の円板状の圧電振動板の協働作用による
ため、第２図に示した従来の圧電モータにくべて電気−
機械変換効率をはるかに高くすることが可能とされてい
る。

また、進行波は定在波を重ねたものに相当するため、本
来は固定的なノード点は存在しないが、この発明の圧電
モータではステータの中心部分が支持部材に設けられた
固定軸により固定的に支持されている。よって、ステー
タの中心部分がノード点となって上記進行波が発生され
る。よって、ステータは振幅の大きな外周部分ではなく
中心部分で支持されるものであるため、支持構造により
振動を抑制することもない。したがって、ステータの外
周部分は第２図の従来の圧電モータの場合と異なり大き
な振幅で振動するため、ステータとロータとの接触する
面をさほど平滑に仕上げずともロータを効果的に回転す
ることができる。

［実施例の説明］ 第１図はこの発明の一実施例の分解斜視図であり、第４
図は断面図を示す。第１図および第４図を参照して、金
属のような弾性変形する材料よりなる円板状のステータ
11の両面に円板状の圧電振動板12,13が固着されてい
る。

なお、ステータ11の外周部分には段差を経て円環状の駆
動面11aが形成されている。この駆動面11aは、後述する
ロータの被動面に接触される部分となる。これは、圧電
振動板12をロータと直接接触させないために設けられて
いるものである。したがって、圧電振動板12は、駆動面
11aの内側の凹部11b内に収納された状態でステータ11に
張付けられている。

圧電振動板12,13には、それぞれ、複数の分極領域12a〜
12f,13a〜13fが形成されている。各分極領域12a〜13f
は、隣り合う領域が厚み方向において互いに逆方向に分
極されている。

また、圧電振動板12と圧電振動板13とは、互いの相当す
る分極領域（たとえば分極領域12aに対し分極領域13a）
が、各分極領域の周方向の幅の1/2の角度だけずらされ
た形態でステータ11の両面に固着されている。これは、
両圧電振動板12,13を駆動した場合に双方が協働してス
テータ11の外周部分に進行波を発生させるためである。

各圧電振動板12,13およびステータ11の中央には、それ
ぞれ、開口15,16,17が形成されている。開口15,17は、
ステータ11の中央の突出部18（ステータ11の下面側にも
突出して形成されている）に外挿するために設けられて
いるものである。他方、開口16は、次に説明する固定軸
22を挿通させるために設けられているものである。

支持部材21には、固定軸22が立設されている。固定軸22
の下方部分には雄ねじ22aが形成されており、他方固定
軸22の先端中央には雌ねじの形成された穴22bが形成さ
れている。上述した圧電振動板12,13が両面に張付けら
れたステータ11は、この固定軸22を挿通させ、上方から
雄ねじ22aに噛み合わされる雌ねじが内周面に形成され
たナット24を用いて支持部材21に押圧固定されている。

ステータ11の上方には、ロータ25が配置されている。ロ
ータ25は、第１図では部分的に切欠いた状態で示されて
いるが、中央にボールを内蔵した軸受26を有する。した
がって、ロータ25は固定軸22のまわりに回転自在に取付
けられている。ロータ25の外周部分には環状突出部27が
下方に突出された状態で形成されている。この環状突出
部27の下面がステータ11の駆動面11aと接触される被動
面27aを構成している。もっとも、この実施例では、被
動面27aの表面には、駆動面11aとの接触性を高めるため
にたとえばポリウレタン等からなるライニング層28が形
成されている。したがって、被動面27aはライニング層2
8を介して間接的に駆動面11aに接触される。なお、場合
によってはライニング層28を設けずに、被動面27aを駆
動面11aに直接接触させてもよい。

ロータ25の上方では固定軸22にスプリングワッシャ31が
外挿されており、さらに固定ねじ32が固定軸22の先端の
開口22bにねじ止めされている。これは、ロータ25を適
切な力でステータ11に圧接させるために設けられている
ものである。

第１図および第４図に示した圧電モータでは、圧電振動
板12,13の分極領域12a〜12f,13a〜13fは相互に各分極領
域の1/2に相当する角度だけずらされた状態でステータ1
1に固着されている。よって、両圧電振動板12,13を位相
が90°ずれた交流信号により駆動すれば、両圧電振動板
が協働してステータ11上に周方向に進む進行波が発生さ
れる。この場合、ステータ11は、ナット24および固定軸
22により中央部分で支持されているため、円板状のステ
ータ11の１次撓み振動または２次撓み振動と結合したモ
ードの進行波がステータ11の外周部分において発生され
る。すなわち、ステータ11の中心部分がノード点となっ
て、振幅の大きな進行波がステータ11の外周面に発生さ
れることになる。このように、２枚の圧電振動板12,13
が協働して進行波が発生されるので、大きな振幅の進行
波が駆動面11a上に発生することになる。よって、ロー
タ25は高い電気−機械変換効率で回転され得る。

また、上述したようにステータ11の支持はステータ11の
中央部分で行なわれているため、振幅の大きなステータ
11の外周部分はステータ11の支持構造に関与しない。よ
って、支持構造によりステータ11の駆動面11aの振幅を
抑制することもないため、駆動面11aの表面をさほど平
滑に形成せずともロータ25を効率良く回転させることが
できる。本願発明者達の実験によれば、従来の圧電モー
タ（第２図に示したもの）では、ステータの駆動面はサ
ブミクロンオーダに仕上げなければロータを回転するこ
とができなかったのに対し、この実施例の圧電モータで
は１〜２μｍの粗さの駆動面であってもロータ25を確実
に回転させ得ることが確かめられている。

第５図は、この発明の他の実施例に用いられるステータ
41を示す略図的斜視図である。ステータ41では、一方主
面の外周部複数のスリット42が径方向に形成されてい
る。したがって、ステータ41の駆動面は該スリット42に
より複数の駆動領域43に分割されている。第１図実施例
の圧電モータにおいて、ステータ11を第５図のステータ
41に代えると、駆動に際しては第６図に示すようにスリ
ット42間で個々の駆動面43が分離されているのでステー
タ41の外周部分が容易に変位し得る。したがって、同じ
厚みのステータで比較した場合、回転方向の変位量を効
果的に大きくすることができる。よって、電気−機械変
換効率をより一層高めることが可能となる。

第１図および第４図に示した実施例では、両圧電振動板
12,13の分極領域12a〜12f,13a〜13fは相当の分極領域が
各分極領域の1/2に相当する角度だけずらされた状態で
ステータ11に固着されていたが、各分極領域の1/2に相
当する角度に限らず他の角度分だけずらされて配置され
ていてもよい。要するに、両圧電振動板が協働してステ
ータ11の外周部分に進行波を発生させ得る限り、この角
度の大きさは問わない。

また、ロータ25はステータ11の上面にのみ圧接されてい
たが、ステータ11の外周部分の両面に（すなわち下面側
にも）圧接されるように構成されてもよい。

［発明の効果］ この発明では、円板状のステータの両面に円板状の圧電
振動板が固着されており、両圧電振動板が協働して円板
状のステータの撓み振動と結合された進行波をステータ
の外周部分に発生させる。よって、従来よりもはるかに
高い電気−機械変換効率の圧電モータを実現することが
できる。

また、ステータは、その開口に固定軸が挿通された状態
で支持部材に押圧されることによって、進行波の発生し
ない中央部分において支持部材に固定的に支持されるの
で、ステータの中央部分を確実にノード点として機能さ
せることができ、また、振幅の大きなステータの外周部
分は支持構造に関与しないので、ステータのロータと接
触される部分の精度をさほど高めずとも効率良く回転し
得る圧電モータを製造することができる。よって、圧電
モータの製造工程を簡略化し得るだけでなく、コストを
低減することも可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例の分解斜視図を示す。第
２図は従来の圧電モータの断面図を、第３図は第２図の
圧電モータに用いられる圧電振動板を示す斜視図であ
る。第４図は、第１図実施例の断面図である。第５図
は、この発明の他の実施例に用いられるステータを示す
略図的斜視図である。第６図は、第５図のステータの動
作を説明するための部分断面図である。 図において、11はステータ、12,13は圧電振動板、12a〜
12f,13a〜13fは分極領域、21は支持部材、25はロータ、
27aは被動面を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−191277（ＪＰ，Ａ) 日本音響学会昭和61年度秋季研究発表会 公演論文集＝▲ＩＩ▼＝昭和61年10月１ 日、Ｐ．695〜696 信学技報Ｖｏｌ．86Ｎｏ．87（ＣＰＭ86 −15）、電子通信学会、1986年７月４日 Ｐ．23〜30

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】隣り合う領域が厚み方向において互いに逆
   方向に分極された複数の分極領域が周方向に沿って形成
   された２枚の円板状の圧電振動板と、 前記圧電振動板間に挾持されており，圧電振動板を駆動
   させた場合に弾性変形する材料よりなる、中央に開口が
   形成された円板状のステータと、 前記ステータの中央の開口に挿通される固定軸が設けら
   れた支持部材とを備え、 前記２枚の円板状の圧電振動板は、ステータの外周部分
   においてステータの撓み振動に結合されて形成される周
   方向に進む進行波を発生させるように、互いの相当の分
   極領域が相互にずらされた形態で前記ステータの両主面
   に固着されており、 前記ステータは、前記開口に前記固定軸が挿通された状
   態で前記支持部材に押圧されることによって、その中心
   部分において前記支持部材により固定的に支持されてお
   り、 前記ステータの主面の外周部分に直接または間接的に当
   接される被動面を有するロータと、 前記ロータの被動面を前記ステータの主面の外周部分に
   圧接させる圧接手段とをさらに備える、圧電モータ。
2. 【請求項２】前記２枚の円板状の圧電振動板は、互いの
   相当の分極領域が各分極領域の周方向の幅の1/2の角度
   だけずらされた状態で前記ステータに固着されている、
   特許請求の範囲第１項記載の圧電モータ。