JPH07110140B2 - 圧電素子モータ - Google Patents
圧電素子モータInfo
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- JPH07110140B2 JPH07110140B2 JP62014753A JP1475387A JPH07110140B2 JP H07110140 B2 JPH07110140 B2 JP H07110140B2 JP 62014753 A JP62014753 A JP 62014753A JP 1475387 A JP1475387 A JP 1475387A JP H07110140 B2 JPH07110140 B2 JP H07110140B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は圧電体を利用したモータに関するものである。
従来の、圧電素子を用いたモータは第５図に示すよう
に、圧電素子に電圧にかけることによって振動体２に発
生した振動である進行波または定在波を、摩擦力を利用
して可動体１に伝達するように構成されていた。
に、圧電素子に電圧にかけることによって振動体２に発
生した振動である進行波または定在波を、摩擦力を利用
して可動体１に伝達するように構成されていた。
〔発明が解決しようとする問題点〕 そこで、トルクを大きくとるためには可動体１と振動体
２とを強い力で密着させる必要があり、このために、そ
れらの接触部分の摩擦が激しいという欠点があった。
２とを強い力で密着させる必要があり、このために、そ
れらの接触部分の摩擦が激しいという欠点があった。
また、振動体２を共振させて用いるために、振動体２の
固有振動数が問題であり、そのために振動体２の材料の
選択範囲が狭いという欠点があった。
固有振動数が問題であり、そのために振動体２の材料の
選択範囲が狭いという欠点があった。
本発明の目的は上述の欠点を除去し、振動体と可動体と
の摩耗等が大幅に改善され、また、構造的に減速機能を
もっているために大トルクが得られ圧電性セラミック板
には大きな応力がかからず破損等の問題も少ない、圧電
素子モータを得ることにある。
の摩耗等が大幅に改善され、また、構造的に減速機能を
もっているために大トルクが得られ圧電性セラミック板
には大きな応力がかからず破損等の問題も少ない、圧電
素子モータを得ることにある。
かかる目的を達成するために、本発明の圧電素子モータ
は、内歯を有する円環状可動体と、該円環状可動体の内
歯とは歯数の異なる外歯を外周面に有するとともに、該
円環状可動体の内歯と外歯が噛合可能に該円環状可動体
内に遊挿される弾性変形部材からなる円環状振動体と、
該弾性変形部材からなる円環状振動体の内周面に固定さ
れ、円周方向の複数位置で位置に応じた分極方向が設定
される円筒状の圧電体と、該円筒状の圧電体の複数位置
で位置に応じた分極方向を設定するため位相の異なる交
流電圧を印加する手段とを備え、該印加手段により位相
の異なる交流電圧を前記圧電体に印加することにより、
該圧電体により前記弾性変形部材からなる円環状の振動
体の一部が半径方向に膨出して、該振動体の外歯と前記
可動体の内歯とが噛合するように構成したことを特徴と
する。
は、内歯を有する円環状可動体と、該円環状可動体の内
歯とは歯数の異なる外歯を外周面に有するとともに、該
円環状可動体の内歯と外歯が噛合可能に該円環状可動体
内に遊挿される弾性変形部材からなる円環状振動体と、
該弾性変形部材からなる円環状振動体の内周面に固定さ
れ、円周方向の複数位置で位置に応じた分極方向が設定
される円筒状の圧電体と、該円筒状の圧電体の複数位置
で位置に応じた分極方向を設定するため位相の異なる交
流電圧を印加する手段とを備え、該印加手段により位相
の異なる交流電圧を前記圧電体に印加することにより、
該圧電体により前記弾性変形部材からなる円環状の振動
体の一部が半径方向に膨出して、該振動体の外歯と前記
可動体の内歯とが噛合するように構成したことを特徴と
する。
また、本発明は、前記圧電体に印加する電圧の印加方法
を変えることにより、交流モータ的にもステップモータ
的にも使用し得ることを特徴とする。
を変えることにより、交流モータ的にもステップモータ
的にも使用し得ることを特徴とする。
［作用］ 本発明では、歯数の異なる複数の歯車を圧電体とを具え
た歯車機構において、弾性変形部材を変形させる手段を
用いることによって高効率コンパクトなモータの作製が
可能である。また、円筒状の圧電体の複数位置で位置に
応じた分極方向を設定するため位相の異なる交流電圧を
印加することにより圧電体を複数枚設けた場合と同等の
性能を発揮する。また、円環状の振動体の一部が半径方
向に膨出して、該振動体の外歯と前記可動体の内歯とが
噛合することによりモータのトルク性能が改善される。
た歯車機構において、弾性変形部材を変形させる手段を
用いることによって高効率コンパクトなモータの作製が
可能である。また、円筒状の圧電体の複数位置で位置に
応じた分極方向を設定するため位相の異なる交流電圧を
印加することにより圧電体を複数枚設けた場合と同等の
性能を発揮する。また、円環状の振動体の一部が半径方
向に膨出して、該振動体の外歯と前記可動体の内歯とが
噛合することによりモータのトルク性能が改善される。
以下、第１図ないし第８図を参照して本発明の実施例を
詳細に説明する。
詳細に説明する。
第１図は本発明の圧電素子モータの構成を示す。１は可
動体、２は振動体、３はフランジ、４は圧電性セラミッ
ク板である。可動体１は内側に歯車が切れらており、振
動体２は弾性変形可能な薄肉の部材の外側に歯車が切ら
れている。フランジ３は振動体２を固定し、圧電性セラ
ミック板４は振動を発生させる。
動体、２は振動体、３はフランジ、４は圧電性セラミッ
ク板である。可動体１は内側に歯車が切れらており、振
動体２は弾性変形可能な薄肉の部材の外側に歯車が切ら
れている。フランジ３は振動体２を固定し、圧電性セラ
ミック板４は振動を発生させる。
第２図は本発明の一実施例の駆動原理を示し、P1〜P8は
圧電性セラミック板である。第３図は圧電性セラミック
板P1〜P8に印加する電圧のタイミングを示し、縦軸には
電圧Ｖ、横軸には時刻ｔをとる。第４図は圧電セラミッ
ク板P1〜P8の貼り付け位置とそれらに電圧を印加するた
めの接続法を示す。
圧電性セラミック板である。第３図は圧電性セラミック
板P1〜P8に印加する電圧のタイミングを示し、縦軸には
電圧Ｖ、横軸には時刻ｔをとる。第４図は圧電セラミッ
ク板P1〜P8の貼り付け位置とそれらに電圧を印加するた
めの接続法を示す。
８枚の圧電性セラミック板を振動体２の内側に貼り付け
た場合の、本発明の一実施例の動作を以下に説明する。
た場合の、本発明の一実施例の動作を以下に説明する。
上述の第１図のような構成において、可動体１の内歯歯
車に振動体２の外歯歯車を噛合した状態で、第２図にお
ける８枚の圧電性セラミック板P1〜P8に、第３図に示す
ような位相の異なる正弦波交流電圧を印加する。これら
の印加した正弦波交流電圧が最大値をとる時刻t1〜5tに
おける振動体２の弾性変形形状を第２図に示す。圧電性
セラミック板P1〜P8が電圧によって変形し、この変形に
よって振動体２は楕円状に弾性変形され、時刻が進むに
つれて、この楕円は長径の両端で部分的に可動体１の内
歯にかみ合いながら回転する。
車に振動体２の外歯歯車を噛合した状態で、第２図にお
ける８枚の圧電性セラミック板P1〜P8に、第３図に示す
ような位相の異なる正弦波交流電圧を印加する。これら
の印加した正弦波交流電圧が最大値をとる時刻t1〜5tに
おける振動体２の弾性変形形状を第２図に示す。圧電性
セラミック板P1〜P8が電圧によって変形し、この変形に
よって振動体２は楕円状に弾性変形され、時刻が進むに
つれて、この楕円は長径の両端で部分的に可動体１の内
歯にかみ合いながら回転する。
ところが、可動体１の内歯の歯数Ｎ枚に対して、振動体
２の外歯の歯数はそれよりもＭ枚少なく切ってあるため
に、振動体２が１回転した時、可動体１は歯数の差Ｍ枚
分だけ回転することになる。したがって可動体１の回転
数Ｕは次式で表わされる。
２の外歯の歯数はそれよりもＭ枚少なく切ってあるため
に、振動体２が１回転した時、可動体１は歯数の差Ｍ枚
分だけ回転することになる。したがって可動体１の回転
数Ｕは次式で表わされる。
ただしｆは電圧セラミック板は印加する交流電圧の周波
数（Hz） 以上のように、圧電性セラミック板が８枚の場合の一実
施例を説明したが、圧電性セラミック板の枚数は２枚以
上であれば何枚でもよく、この枚数を変化させても何ら
本発明の本質を変えない。
数（Hz） 以上のように、圧電性セラミック板が８枚の場合の一実
施例を説明したが、圧電性セラミック板の枚数は２枚以
上であれば何枚でもよく、この枚数を変化させても何ら
本発明の本質を変えない。
第５図は本発明の他の実施例を示す図であり、振動体２
の内側へ４枚の圧電性セラミック板P1〜P4を貼り付ける
場合の配置と、それらへの電圧印加方法を示す。図示の
ようにP1とP3、P2とP4とが接続されて、位相の異なる正
弦波交流電圧が印加される。
の内側へ４枚の圧電性セラミック板P1〜P4を貼り付ける
場合の配置と、それらへの電圧印加方法を示す。図示の
ようにP1とP3、P2とP4とが接続されて、位相の異なる正
弦波交流電圧が印加される。
第６図は本発明の他の実施例を示す図であり、振動体２
の内側へ、ほぼ中空円筒状に作製した圧電性セラミック
板を挿入して電圧を印加する場合の印加方法と、この場
合の分極方向とを示す。中空円筒状に作製した圧電性セ
ラミック板をP1〜P8の部分に分けて電圧を印加する。こ
のことによって８つの部分の分極方向を変化させること
ができるので、圧電性セラミック板を８枚用いた場合と
同様の作用が得られる。
の内側へ、ほぼ中空円筒状に作製した圧電性セラミック
板を挿入して電圧を印加する場合の印加方法と、この場
合の分極方向とを示す。中空円筒状に作製した圧電性セ
ラミック板をP1〜P8の部分に分けて電圧を印加する。こ
のことによって８つの部分の分極方向を変化させること
ができるので、圧電性セラミック板を８枚用いた場合と
同様の作用が得られる。
第７図は本発明の他の実施例を示し、第１図で示した実
施例とは構成が異なっている。図において1,2,4は第１
図の参照番号で示されるのと同一のものを示し、５は固
定体である。内側に歯数Ｎの歯車を切った可動体１、歯
数が可動体１よりもＭ枚少ない歯車を切った固定体５、
固定体５と同数の歯数をもつ弾性変形可能な振動体２お
よび振動体２の内側に圧電性セラミック板４を２枚以上
貼り付けた構成をとれば、第１図〜第３図において説明
したように、振動体２を楕円状に変形させながら回転さ
せると、可動体１の歯車の歯数は振動体２のそれよりも
Ｍ枚多いので、可動体１はM/Nの減速比で減速されて回
転する。この場合固定体５は歯車の歯数が振動体２の歯
数と同数であるので回転しない。したがって固定体５を
固定しておけば可動体１は相対的に回転することにな
る。本構成においては非常に薄形のモータとすることが
可能となる。
施例とは構成が異なっている。図において1,2,4は第１
図の参照番号で示されるのと同一のものを示し、５は固
定体である。内側に歯数Ｎの歯車を切った可動体１、歯
数が可動体１よりもＭ枚少ない歯車を切った固定体５、
固定体５と同数の歯数をもつ弾性変形可能な振動体２お
よび振動体２の内側に圧電性セラミック板４を２枚以上
貼り付けた構成をとれば、第１図〜第３図において説明
したように、振動体２を楕円状に変形させながら回転さ
せると、可動体１の歯車の歯数は振動体２のそれよりも
Ｍ枚多いので、可動体１はM/Nの減速比で減速されて回
転する。この場合固定体５は歯車の歯数が振動体２の歯
数と同数であるので回転しない。したがって固定体５を
固定しておけば可動体１は相対的に回転することにな
る。本構成においては非常に薄形のモータとすることが
可能となる。
また、電圧印加方法を変更することにより、本発明はパ
ルスモータ的な使い方をすることもできる。すなわち、
第２図において圧電性セラミック板P1〜P8に第８図のよ
うなシーケンスをもったステップ状の電圧を入力パルス
毎に加えると、１入力パルスにつき一定の回転角度で可
動体１が回転する。その減速効果を考えると非常な高分
解能をもつパルスモータとなり得る。
ルスモータ的な使い方をすることもできる。すなわち、
第２図において圧電性セラミック板P1〜P8に第８図のよ
うなシーケンスをもったステップ状の電圧を入力パルス
毎に加えると、１入力パルスにつき一定の回転角度で可
動体１が回転する。その減速効果を考えると非常な高分
解能をもつパルスモータとなり得る。
以上説明したように本実施例においては、歯数の異なる
複数の歯車で構成された歯車機構において、弾性変形部
材を変形させるものとして圧電性セラミック板を用いる
ことにより、 １）磁力を全く用いず、また減速用のギア等が不要であ
るモータの構成が可能となり、発熱が少なく、高効率で
コンパクトなモータの作製が可能となった。
複数の歯車で構成された歯車機構において、弾性変形部
材を変形させるものとして圧電性セラミック板を用いる
ことにより、 １）磁力を全く用いず、また減速用のギア等が不要であ
るモータの構成が可能となり、発熱が少なく、高効率で
コンパクトなモータの作製が可能となった。
２）構成を変えれば中空円筒状のモータとすることも可
能であり、たとえばカメラのレンズを中空円筒内側に構
成して駆動させる等が可能となり、コンパクトなモータ
の作製が可能となった。
能であり、たとえばカメラのレンズを中空円筒内側に構
成して駆動させる等が可能となり、コンパクトなモータ
の作製が可能となった。
３）圧電性セラミック板に印加する電圧の印加方法を変
えれば、連続回転するACモータ的にも使用でき、またオ
ープンループ制御において位置決め等を可能にするステ
ップモータ的にも使用することが可能となった。
えれば、連続回転するACモータ的にも使用でき、またオ
ープンループ制御において位置決め等を可能にするステ
ップモータ的にも使用することが可能となった。
本発明は歯数の異なる複数の歯車と圧電体とを具えた歯
車機構において、弾性変形部材を変形させる手段を用い
る構成としてあるので、トルク特性を改善した汎用性あ
る圧電素子モータを得ることができる。さらには圧電体
を複数枚設ける必要がなくなり、経済的効果も高まる。
車機構において、弾性変形部材を変形させる手段を用い
る構成としてあるので、トルク特性を改善した汎用性あ
る圧電素子モータを得ることができる。さらには圧電体
を複数枚設ける必要がなくなり、経済的効果も高まる。
第１図は本発明の一実施例を示す構成図、 第２図は本発明の駆動原理を示す説明図、 第３図は圧電性セラミック板に印加する電圧のタイミン
グを示す説明図、 第４図は圧電性セラミック板を８枚用いたときの配置と
接続を示す説明図、 第５図は本発明の他の実施例として圧電性セラミック板
を４枚用いたときの配置と接続を示す説明図、 第６図は本発明の他の実施例として圧電性セラミック板
の分極方向を変えるように電圧を印加する方法を示す説
明図、 第７図は本発明の外の実施例として薄形化が可能な構成
を示す構成図、 第８図は本発明の他の実施例としてステップモータ的な
使用をするときの印加電圧のタイミングを示す説明図、 第９図は従来の圧電素子モータの構成図である。 １……可動体、 ２……振動体、 ３……固定フランジ、 ４……圧電性セラミック板、 ５……固定体、 P1〜P8……圧電性セラミック板。
グを示す説明図、 第４図は圧電性セラミック板を８枚用いたときの配置と
接続を示す説明図、 第５図は本発明の他の実施例として圧電性セラミック板
を４枚用いたときの配置と接続を示す説明図、 第６図は本発明の他の実施例として圧電性セラミック板
の分極方向を変えるように電圧を印加する方法を示す説
明図、 第７図は本発明の外の実施例として薄形化が可能な構成
を示す構成図、 第８図は本発明の他の実施例としてステップモータ的な
使用をするときの印加電圧のタイミングを示す説明図、 第９図は従来の圧電素子モータの構成図である。 １……可動体、 ２……振動体、 ３……固定フランジ、 ４……圧電性セラミック板、 ５……固定体、 P1〜P8……圧電性セラミック板。
Claims (2)
- 【請求項１】内歯を有する円環状可動体と、 該円環状可動体の内歯とは歯数の異なる外歯を外周面に
有するとともに、該円環状可動体の内歯と外歯が噛合可
能に該円環状可動体内に遊挿される弾性変形部材からな
る円環状振動体と、 該弾性変形部材からなる円環状振動体の内周面に固定さ
れ、円周方向の複数位置に応じた分極方向が設定される
円筒状の圧電体と、 該円筒状の圧電体の複数位置で位置に応じた分極方向を
設定するため位相の異なる交流電圧を印加する手段とを
備え、 該印加手段により位相の異なる交流電圧を前記圧電体に
印加することにより、該圧電体により前記弾性変形部材
からなる円環状の振動体の一部が半径方向に膨出して、
該振動体の外歯と前記可動体の内歯とが噛合するように
構成したことを特徴とする圧電素子モータ。 - 【請求項２】前記圧電体に印加する電圧の印加方法を変
えることにより、交流モータ的にもステップモータ的に
も使用し得ることを特徴する特許請求の範囲第１項記載
の圧電素子モータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62014753A JPH07110140B2 (ja) | 1987-01-23 | 1987-01-23 | 圧電素子モータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62014753A JPH07110140B2 (ja) | 1987-01-23 | 1987-01-23 | 圧電素子モータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63181681A JPS63181681A (ja) | 1988-07-26 |
| JPH07110140B2 true JPH07110140B2 (ja) | 1995-11-22 |
Family
ID=11869860
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62014753A Expired - Fee Related JPH07110140B2 (ja) | 1987-01-23 | 1987-01-23 | 圧電素子モータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07110140B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016129123A1 (ja) * | 2015-02-13 | 2016-08-18 | 株式会社ハーモニック・ドライブ・システムズ | 波動歯車装置および波動発生器 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9425712B2 (en) * | 2011-09-16 | 2016-08-23 | Harmonic Drive Systems Inc. | Vibration power-generating strain wave gearing |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2088645A (en) | 1980-11-28 | 1982-06-09 | Rockwell International Corp | High speed, high response drive |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62144579A (ja) * | 1985-12-17 | 1987-06-27 | Daikin Ind Ltd | 歪回転リング |
| JPS6323570A (ja) * | 1986-07-15 | 1988-01-30 | Hitachi Ltd | 回転アクチユエ−タ |
-
1987
- 1987-01-23 JP JP62014753A patent/JPH07110140B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2088645A (en) | 1980-11-28 | 1982-06-09 | Rockwell International Corp | High speed, high response drive |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016129123A1 (ja) * | 2015-02-13 | 2016-08-18 | 株式会社ハーモニック・ドライブ・システムズ | 波動歯車装置および波動発生器 |
| JPWO2016129123A1 (ja) * | 2015-02-13 | 2017-12-14 | 株式会社ハーモニック・ドライブ・システムズ | 波動歯車装置および波動発生器 |
| TWI665396B (zh) * | 2015-02-13 | 2019-07-11 | 日商和諧驅動系統股份有限公司 | 諧波齒輪裝置及諧波產生器 |
| US10393250B2 (en) | 2015-02-13 | 2019-08-27 | Harmonic Drive Systems Inc. | Strain wave gearing and wave generator |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63181681A (ja) | 1988-07-26 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |