JPH06101944B2 - 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、超音波帯の固体共振に基づく進行波を利用
する形式のモータに関し、特に円筒状圧電振動子を利用
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。この圧電モ
ータ１は、円環状の圧電振動子２を利用している。圧電
振動子２には、ロータ３が、抑え板４、ボルト５および
ばね６を用いて圧接されている。すなわち、固定プレー
ト８に固定されたボルト５に外挿されたばね６の弾発力
により圧接されている。ここでは、円環状の圧電振動子
２の面外撓み振動を利用することにより進行波を発生さ
せ、ロータ３を回転させるように構成されている。

第３図は従来の圧電モータの他の例を示す。この圧電モ
ータ11も、円環状の圧電振動子12を用いて構成されてい
る。ここでは、中空型の圧電モータを構成するために、
円環状のロータ13がステータとしての圧電振動子12に圧
接されている。すなわち、ロータ13は、圧電振動子12、
およびベアリング14とともにケース15内に積層されてお
り、かつばね部材16によりロータ13が圧電振動子12側に
圧接されている。

［発明が解決しようとする問題点］ 第２図の圧電モータ１では、ステータとしての圧電振動
子２の支持は、固定プレート８、弾性部材９、ボルト５
およびばね６により、圧電振動子２をロータ３と固定プ
レート８との間に圧接挾持することにより行なわれてい
る。したがって、このロータ３を回転させるのに必要な
圧接力に加えて、支持に必要な力も圧電振動子２に加わ
っているので、圧電振動子２がロータ３により強くダン
ピングされる。その結果、振動−回転の変換効率を高め
ることができない。また、中空型の圧電モータを構成す
ることができない。

他方、第３図の圧電モータ11では、開口15aを有する筒
状ケース15内に円環状のロータ13を圧電振動子12ととも
に収納することにより中空型の圧電モータが構成されて
いる。しかしながら、中空形状とするために、ベアリン
グ14およびばね部材16などの多くの部品を必要とする。
また、このような多くの部品をケース15に収納しなけれ
ばならないため、全体の構造も複雑となる。

よって、この発明の目的は、支持構造により振動−回転
変換効率が低くならず、かつ簡単な構造で中空型とし得
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、円筒状の圧電振動子を利用し
たステータを用いる。円筒状の圧電振動子は、円筒状部
材の内周面に固定されて円筒状のステータを構成する。
円筒状のステータは、円筒の円周方向撓み振動と軸方向
撓み振動の結合モードを利用して周方向に進む進行波を
発生させるように構成されている。

また、ロータが、円筒状のステータの外周面側に配置さ
れかつ当該外周面に圧接され、支持部材が、ステータの
内周面側に配置されかつステータの両開口端側の振動の
ノード点でステータを固定する。

［作用］ 第２図および第３図に示した従来の圧電モータ1,11で
は、固定的な振動のノード点が存在しないため、圧電振
動子をロータ3,13で強く圧接することにより支持を行な
っていた。したがって、上述したようにロータの駆動に
必要な振動を支持構造によってダンピングしていたた
め、振動−回転の変換効率が高められなかった。

これに対して、この発明では、円筒状振動体の円周方向
撓み振動と軸方向撓み振動の結合モードを利用して進行
波が発生される。したがって、円筒状のステータにはそ
の両開口端側に固定的なノード点が存在する。この発明
では、このノード点においてステータを支持部材により
支持しているため、支持構造により進行波の発生が妨げ
られることがない。よって、振動−回転変換効率を支持
構造により低めることはない。また、支持部材として筒
状の部材を用いれば、簡単に中空型の圧電モータを構成
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圧電モータを示す。圧
電モータ21では、円筒状の圧電振動子22と、該圧電振動
子22が内周面に固定された円筒状部材23aとからなるス
テータ23を用いて円周方向に進む進行波が発生される。
この進行波の発生原理を、第４図〜第８図を参照して説
明する。

円筒体の振動モードとしては、第４図に略図的に示す円
周方向撓み振動と、第５図に略図的に示す軸方向撓み振
動とが存在する。この場合、円周方向撓み振動の波の数
をｌ、軸方向撓み振動の波の数をm/2とした場合、 で表わされる各種の結合モードが表われる。上式におい
て、Ｅはヤング率、ρは密度、νはポアソン比、Ｒは平
均半径（円筒体の厚みの中心に基づいた半径）を示す。
Δlmは、円筒体の形状、振動モードの次数、νなどによ
り決まる定数である。

一例を示すとf₄₁の結合モードでは第６図に略図的に示
すように振動する。第６図から明らかなように、この振
動モードでは、破線A,Bで示す部分が振動のノードとな
る。したがって、f₄₁で示される結合モードで振動させ
た場合、第６図の破線A,Bで示す部分により支持すれ
ば、該結合モードの振動をあまりダンピングしないこと
がわかる。この発明は、上述したような円筒体の円周方
向撓み振動と軸方向撓み振動との結合モードを利用して
進行波を発生させることにより、固定的なノード点が出
現することに着目してなされたものである。

なお、この発明において用いる円周方向撓み振動と軸方
向撓み振動の結合モードとしては、上述した式で表わさ
れる種々のモードを利用し得るが、圧電モータとして利
用する場合には高周波帯になるほど変位量が小さくなる
ため、20KHz〜90KHz程度が実用範囲である。

第１図に戻り、上述した結合モードの振動を発生させる
ために、第１図実施例では円筒状の部材23aの内周面に
円筒状の圧電振動子22が貼り付けられてステータ23が構
成されている。このステータ23を上述した結合モードで
振動させるには、第７図に部分拡大平面図に破線で示す
ように変位させればよい。このとき円筒の長手方向には
第８図に破線で示すように変位される。

このように変位させるには、円筒状圧電振動子22の分極
構造を第９図に示すように構成すればよい。第９図から
明らかなように、圧電振動子22には、周方向に16個の領
域22a〜22pが形成されている。このうち、領域22b〜22g
および領域22k〜22pが図示の矢印の方向に分極されてい
る。他方、領域22a、22h〜22jは分極処理されていな
い。分極処理されている領域22a〜22gでは内周面に電極
25が、領域22k〜22pには電極26が形成されている。した
がって、第９図に示すように、第１励振源を構成する分
極領域22b〜22gと、第２励振源を構成する分極領域22k
〜22pとに、位相を90°ずらした駆動信号を与えれば、
進行波が発生される。したがって、円筒状のステータ23
にロータを圧接させれば、該進行波によりロータを回転
させ得ることがわかる。

第１図に戻り、ステータ23の外周面には、駆動用環状突
出部27が形成されている。環状突出部27は、径方向外側
にいくにつれて先端が細くなるようにテーパを付されて
いる。このテーパの付された面に、ロータ28が圧接され
ている。ロータ28は、金属等の剛性の部材よりなり、環
状突出部27の上下のテーパを付された面に圧接するロー
タ半体28a,28bを有する。ロータ半体28a,28bは、シリコ
ンゴムなどからなるスペーサ29を介してボルト30により
連結されている。すなわち、ボルト30によりロータ半体
28a,28bを連結しスペーサ29の弾性に逆らって両ロータ
半体28a,28bを近接させることにより、ロータ半体28a,2
8bが環状突起部27のテーパを付された面を圧接挾持する
ように構成されている。この圧接力は、ロータ28を回転
駆動するのに必要な大きさに選ばれる。

他方、円筒状のステータ23の内周面側には、円筒状の支
持部材31が配置されている。この支持部材31は、上述し
た振動のノード点となる位置（第６図の破線Ａで示す位
置）すなわち円筒状のステータ23の両開口端側のノード
点となる位置において円筒状のステータ23に固定されて
いる。よって、この支持構造により進行波をあまりダン
ピングしないことがわかる。

なお、32,33はリード線を示し、圧電振動子22の内周面
に形成された電極25,26に接続されている。

圧電振動子22の外周面に形成された電極（図示せず）
は、金属製のステータ23に電気的に接続されている。よ
ってリード線32,33およびステータ23から第９図に示し
たような交流電圧を印加することができる。

第１図実施例の圧電モータ21では、上述した円筒体の円
周方向撓み振動と軸方向撓み振動の結合モードを利用し
て発生される進行波によりロータ28が回転駆動される。
この場合、円筒状のステータ23に固定的なノード領域が
存在し、該ノード領域を利用して支持部材31によりステ
ータ23が支持されている。したがって、ロータ28を回転
駆動するのに必要な圧接力のみを与えるようにロータ28
を圧接させるだけでロータ28を回転駆動することができ
るので、振動−回転変換効率を従来の圧電モータに比べ
て飛躍的に高め得ることがわかる。

また、支持部材31は筒状の部材より構成されているの
で、当然のことながら第３図に示した従来の圧電モータ
と同様に中空型の圧電モータとして用いることができ
る。しかも、中空構造とした場合であっても支持部材31
を円筒状のステータ23に固定することにより支持してい
るだけであるため、全体の構造も複雑にならないことが
わかる。

さらに、圧電振動子22の分極構造についても、実施例の
ものに限らず、円筒体の軸方向撓み振動および円周方向
撓み振動の結合モードの振動を発生させ得る限り、任意
であることを指摘しておく。

［発明の効果］ この発明では、円筒体の円周方向撓み振動と軸方向撓み
振動の結合モードを利用して進行波が発生され、ロータ
が回転駆動される。したがって、固定的なノード領域が
円筒状のステータの両開口端側に存在し、該ノード領域
を利用して支持部材がステータに固定されている。よっ
て、振動−回転変換効率に優れた圧電モータを得ること
ができる。

また、支持部材として筒状の部材を用いることにより、
従来の中空型の圧電モータ（第３図に示した構造）に比
べて、部品点数が少なく、かつ簡単な構造の中空型圧電
モータを構成することができる。

よって、カメラのオートフォーカス機構等の中空構造の
モータが要求される用途に好適な圧電モータを得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例の圧電モータを示す断面
図、第２図は従来の圧電モータの一例を示す断面図、第
３図は従来の圧電モータの他の例を示す断面図、第４図
〜〜第６図は円筒体の振動モードを説明するための略図
的斜視図、第７図は円周方向撓み振動における振動姿態
を説明するための部分切欠平面図、第８図は軸方向撓み
振動に基づく振動姿態を説明するための略図的断面図、
第９図は進行波を発生させるための分極構造を説明する
ための略図的平面図である。 図において、21は圧電モータ、22は円筒状圧電振動子、
23は円筒状ステータ、28はロータ、31は支持部材を示
す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】円筒状圧電振動子を利用した圧電モータで
   あって、 円筒状の圧電振動子および前記圧電振動子を内周面に固
   定する円筒状部材を用いて構成されており、円周方向撓
   み振動と軸方向撓み振動の結合モードを利用して周方向
   に進む進行波を発生させる円筒状ステータと、 前記円筒状ステータの外周面側に配置されかつ前記円筒
   状ステータの外周面に圧接されたロータと、 前記ステータの内周面側に配置されかつ前記ステータの
   両開口端側の振動のノード点で前記ステータに固定され
   る支持部材とを備えることを特徴とする圧電モータ。
2. 【請求項２】前記支持部材は筒状の部材よりなる特許請
   求の範囲第１項記載の圧電モータ。