JPH07308082A - 圧電式回転モーター - Google Patents
圧電式回転モーターInfo
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- JPH07308082A JPH07308082A JP7034732A JP3473295A JPH07308082A JP H07308082 A JPH07308082 A JP H07308082A JP 7034732 A JP7034732 A JP 7034732A JP 3473295 A JP3473295 A JP 3473295A JP H07308082 A JPH07308082 A JP H07308082A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
- H02N2/16—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors using travelling waves, i.e. Rayleigh surface waves
- H02N2/166—Motors with disc stator
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 大きな屈曲による圧電素子の疲労・損傷・摩
擦熱による圧電素子の性能劣化がなく、圧電素子の振動
エネルギーを有効に摩擦面に伝達し得る高出力の圧電式
回転モーターを提供する。 【構成】 複数の圧電素子（６、７、２６、２７）と、
圧電素子の圧電効果による三次元の変位の合成によりそ
の周囲の環状の摩擦面（１０、１１、３１、３２）に楕
円振動を形成する進行波が生じさせられる円板状のステ
ーター（２、３、２２、２３）であって、複数の圧電素
子を収容する中心部（４、５、２４、２５）と、圧電素
子と同じ角度領域に位置する摩擦面に至る部分に圧電素
子の軸方向の変位を伝達及び増幅するレバーを形成する
ように中心部と摩擦面とを連結すると共に中心部から周
縁へとその肉厚を薄くするように摩擦面側がテーパ状を
呈する連結部（８、９、２８、２９）とを有するステー
タと、ステータの摩擦面に加圧接触されるローター（Ｒ
１、Ｒ２、１６）とを備える。
擦熱による圧電素子の性能劣化がなく、圧電素子の振動
エネルギーを有効に摩擦面に伝達し得る高出力の圧電式
回転モーターを提供する。 【構成】 複数の圧電素子（６、７、２６、２７）と、
圧電素子の圧電効果による三次元の変位の合成によりそ
の周囲の環状の摩擦面（１０、１１、３１、３２）に楕
円振動を形成する進行波が生じさせられる円板状のステ
ーター（２、３、２２、２３）であって、複数の圧電素
子を収容する中心部（４、５、２４、２５）と、圧電素
子と同じ角度領域に位置する摩擦面に至る部分に圧電素
子の軸方向の変位を伝達及び増幅するレバーを形成する
ように中心部と摩擦面とを連結すると共に中心部から周
縁へとその肉厚を薄くするように摩擦面側がテーパ状を
呈する連結部（８、９、２８、２９）とを有するステー
タと、ステータの摩擦面に加圧接触されるローター（Ｒ
１、Ｒ２、１６）とを備える。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、圧電素子の圧電効果に
より発生する超音波振動を利用して機械的動力を得る圧
電式回転モーターに関する。
より発生する超音波振動を利用して機械的動力を得る圧
電式回転モーターに関する。
【０００２】
【従来の技術】圧電式回転モーターは、固定部即ちステ
ータと、回転部即ちローターと、圧電素子とから成り、
これらステータとローターは、円形をなしかつそれらの
周辺部に位置する環状の摩擦面に沿ってある接触圧で互
いに接する構成となっている。このような圧電式回転モ
ーターは、カメラ等のレンズの焦点調節のための駆動
源、電動カーテンやシャッターの駆動源、産業ロボット
の手足の駆動源や車両用電動シートの駆動源として用い
られる。
ータと、回転部即ちローターと、圧電素子とから成り、
これらステータとローターは、円形をなしかつそれらの
周辺部に位置する環状の摩擦面に沿ってある接触圧で互
いに接する構成となっている。このような圧電式回転モ
ーターは、カメラ等のレンズの焦点調節のための駆動
源、電動カーテンやシャッターの駆動源、産業ロボット
の手足の駆動源や車両用電動シートの駆動源として用い
られる。
【０００３】米国特許第4562374 号明細書に開示される
ように、従来のこの種のモーターの複数の圧電素子は、
上面に摩擦面が形成されるステータの下面に接着される
等、ステータの摩擦面の近傍に配設され、摩擦面上に楕
円振動を形成する進行波を生成させるために、各圧電素
子には特定の位相差で高周波電圧が印加される。摩擦面
に発生するこの進行波は摩擦面に形成された櫛歯により
増幅され、ローターを摩擦駆動し、ローターを回転させ
る。このような圧電式回転モーターは、特に、低い回転
領域で高いトルクを得ることができるという利点を持
つ。
ように、従来のこの種のモーターの複数の圧電素子は、
上面に摩擦面が形成されるステータの下面に接着される
等、ステータの摩擦面の近傍に配設され、摩擦面上に楕
円振動を形成する進行波を生成させるために、各圧電素
子には特定の位相差で高周波電圧が印加される。摩擦面
に発生するこの進行波は摩擦面に形成された櫛歯により
増幅され、ローターを摩擦駆動し、ローターを回転させ
る。このような圧電式回転モーターは、特に、低い回転
領域で高いトルクを得ることができるという利点を持
つ。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の圧電式回転モーターの出力は、もしもステータ
の進行波により過剰な曲げを被ると圧電素子が破壊する
恐れがあることによって、制限される。また、更に、摩
擦による多くのエネルギー損失により、加熱問題が発生
し、圧電素子の良好な作動に悪影響を及ぼす。これらの
問題を解決すべく、特開平１−１１７６７１号公報に、
リング状の圧電素子を圧電素子の径よりも外周径の大き
い肉厚の均一な円板状ステータと板状固定台との間に圧
電素子を挟持させ、圧電素子よりも径方向外方に離れた
位置のステータ上に形成される摩擦面にローターを加圧
接触させる圧電式回転モーターが提案されている。この
圧電式モーターによれば、上記問題を解決することがで
きると共に圧電素子の振幅を摩擦面上の大きな振幅とし
て取り出すことができる。しかしながら、この従来の圧
電式モーターにおいては、圧電素子の振動エネルギーを
有効に摩擦面へ伝達することができず、径方向内方へ同
振動エネルギーが逃げやすい。これは、ローターが摩擦
面に加圧接触されると顕著である。それゆえに、本発明
は上記した従来の技術の問題を解消し、圧電素子の振動
エネルギーを有効に摩擦面に伝達し得る高出力の圧電式
回転モーターを提供することを、解決すべき課題とす
る。
た従来の圧電式回転モーターの出力は、もしもステータ
の進行波により過剰な曲げを被ると圧電素子が破壊する
恐れがあることによって、制限される。また、更に、摩
擦による多くのエネルギー損失により、加熱問題が発生
し、圧電素子の良好な作動に悪影響を及ぼす。これらの
問題を解決すべく、特開平１−１１７６７１号公報に、
リング状の圧電素子を圧電素子の径よりも外周径の大き
い肉厚の均一な円板状ステータと板状固定台との間に圧
電素子を挟持させ、圧電素子よりも径方向外方に離れた
位置のステータ上に形成される摩擦面にローターを加圧
接触させる圧電式回転モーターが提案されている。この
圧電式モーターによれば、上記問題を解決することがで
きると共に圧電素子の振幅を摩擦面上の大きな振幅とし
て取り出すことができる。しかしながら、この従来の圧
電式モーターにおいては、圧電素子の振動エネルギーを
有効に摩擦面へ伝達することができず、径方向内方へ同
振動エネルギーが逃げやすい。これは、ローターが摩擦
面に加圧接触されると顕著である。それゆえに、本発明
は上記した従来の技術の問題を解消し、圧電素子の振動
エネルギーを有効に摩擦面に伝達し得る高出力の圧電式
回転モーターを提供することを、解決すべき課題とす
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に講じた本発明の技術的手段は、当該圧電式回転モータ
ーを、複数の圧電素子と、該圧電素子の圧電効果による
三次元の変位の合成によりその周囲の環状の摩擦面に楕
円振動を形成する進行波を生成する円板状であって、前
記複数の圧電素子を収容する中心部及び、前記圧電素子
と同じ角度領域に位置する前記摩擦面に至る部分に前記
圧電素子の軸方向の変位を伝達及び増幅するレバーを形
成するように前記中心部と前記摩擦面とを連結すると共
に前記中心部から周縁へとその肉厚を薄くするように前
記摩擦面の背面側がテーパ状を呈する連結部を有するス
テータと、該ステータの前記摩擦面に加圧接触されるロ
ーターとを備えてなる構成とすることである。
に講じた本発明の技術的手段は、当該圧電式回転モータ
ーを、複数の圧電素子と、該圧電素子の圧電効果による
三次元の変位の合成によりその周囲の環状の摩擦面に楕
円振動を形成する進行波を生成する円板状であって、前
記複数の圧電素子を収容する中心部及び、前記圧電素子
と同じ角度領域に位置する前記摩擦面に至る部分に前記
圧電素子の軸方向の変位を伝達及び増幅するレバーを形
成するように前記中心部と前記摩擦面とを連結すると共
に前記中心部から周縁へとその肉厚を薄くするように前
記摩擦面の背面側がテーパ状を呈する連結部を有するス
テータと、該ステータの前記摩擦面に加圧接触されるロ
ーターとを備えてなる構成とすることである。
【０００６】
【作用】上記手段によれば、レバーとして機能するテー
パ状の連結部によって、圧電素子の振動エネルギーが肉
厚の中心部へ伝達されることなく、薄肉の摩擦面へ有効
に伝達されるので、圧電素子の限られた伸縮により、摩
擦面に十分な大きさの変位を生成させることができ且
つ、圧電素子には曲げ応力が作用しないので、圧電素子
の破壊の心配なく、モーター出力の向上を図ることが可
能となる。また、摩擦面の摺動による熱は、摩擦面に連
結部を介して連結される中心部に収容される圧電素子に
はほんのわずかしか伝達されないため、良好な熱条件の
下での圧電素子の作動を維持することができる。圧電素
子の振動による進行波について説明する。等間隔にリン
グ状に配置した各圧電素子に位相の異なる電圧を印加す
ることにより、圧電素子の軸方向の振動は圧電素子の上
に位置するステータの部分に伝播されて、同部分に楕円
運動を形成する周方向の進行波を生じさせ、一方、圧電
素子の振動の一部は、径方向への波となり放射状に伝わ
っていき、この結果、周方向の進行波は、径方向への波
によりステータ外周縁部へ増幅されて伝わることになる
が、この伝わる過程で周方向と径方向が合成され、ステ
ータの摩擦面に楕円振動を形成する進行波となって伝わ
ることになる。尚、圧電素子と同じ角度領域ということ
について説明する。たとえば、圧電素子を１２個配した
とすると、１つの圧電素子は角度にして３０度の範囲の
扇型の部分の中央部に配置されたことになるが、この扇
型の部分の弧の部分に位置する摩擦面の領域は圧電素子
と同じ角度（即ち同扇型部分）領域に位置するので、当
該摩擦面は圧電素子と同じ角度領域に位置するというこ
とになる。
パ状の連結部によって、圧電素子の振動エネルギーが肉
厚の中心部へ伝達されることなく、薄肉の摩擦面へ有効
に伝達されるので、圧電素子の限られた伸縮により、摩
擦面に十分な大きさの変位を生成させることができ且
つ、圧電素子には曲げ応力が作用しないので、圧電素子
の破壊の心配なく、モーター出力の向上を図ることが可
能となる。また、摩擦面の摺動による熱は、摩擦面に連
結部を介して連結される中心部に収容される圧電素子に
はほんのわずかしか伝達されないため、良好な熱条件の
下での圧電素子の作動を維持することができる。圧電素
子の振動による進行波について説明する。等間隔にリン
グ状に配置した各圧電素子に位相の異なる電圧を印加す
ることにより、圧電素子の軸方向の振動は圧電素子の上
に位置するステータの部分に伝播されて、同部分に楕円
運動を形成する周方向の進行波を生じさせ、一方、圧電
素子の振動の一部は、径方向への波となり放射状に伝わ
っていき、この結果、周方向の進行波は、径方向への波
によりステータ外周縁部へ増幅されて伝わることになる
が、この伝わる過程で周方向と径方向が合成され、ステ
ータの摩擦面に楕円振動を形成する進行波となって伝わ
ることになる。尚、圧電素子と同じ角度領域ということ
について説明する。たとえば、圧電素子を１２個配した
とすると、１つの圧電素子は角度にして３０度の範囲の
扇型の部分の中央部に配置されたことになるが、この扇
型の部分の弧の部分に位置する摩擦面の領域は圧電素子
と同じ角度（即ち同扇型部分）領域に位置するので、当
該摩擦面は圧電素子と同じ角度領域に位置するというこ
とになる。
【０００７】
【実施例】以下、本発明に従った圧電式回転モーターの
実施例を図面に基づき説明する。図１に、圧電式回転モ
ーター１のステータ２、３と圧電素子６、７を示す。各
ステータ２、３は鉄系合金、アルミ合金、銅又はセラミ
ック材等から成り、円板状を呈している。対の円板体か
らなる各ステータ２、３の軸心には、夫々一方の側に突
出した肉厚の円柱状の中心部４、５が形成されている。
各中心部４、５の基部の周囲には、環状の水平面２ａ、
３ａが夫々形成されており、これら環状水平面２ａ、３
ａの外周縁部からステータ２、３の外周縁部にかけて
は、後述する圧電素子の振動エネルギーが外周縁部に有
効に伝達されるように、その肉厚を徐々に減少させ、中
心部側が凸となるように緩やかなテーパ状になってい
る。各ステータ２、３の他方の側には、夫々水平面が形
成されており、それらの各外周縁部には後述するロータ
ーが加圧接触させられるリング状の摩擦面１０、１１が
突出形成されている。尚、これら摩擦面１０、１１は、
夫々摩耗を少なくするために摩擦材１０ａ、１１ａの層
により覆われている。これら摩擦面１０、１１と各中心
部４、５との間の皿状の連結部分が本発明にいう連結部
８、９を構成している。各ステータ２、３は、各摩擦面
１０、１１が互いに反対を向き、蝶型になるように各中
心部４、５を互いに対向させて、各中心部４、５を貫通
するボルト等の複数個の締結具１２により互いに固定さ
れる。
実施例を図面に基づき説明する。図１に、圧電式回転モ
ーター１のステータ２、３と圧電素子６、７を示す。各
ステータ２、３は鉄系合金、アルミ合金、銅又はセラミ
ック材等から成り、円板状を呈している。対の円板体か
らなる各ステータ２、３の軸心には、夫々一方の側に突
出した肉厚の円柱状の中心部４、５が形成されている。
各中心部４、５の基部の周囲には、環状の水平面２ａ、
３ａが夫々形成されており、これら環状水平面２ａ、３
ａの外周縁部からステータ２、３の外周縁部にかけて
は、後述する圧電素子の振動エネルギーが外周縁部に有
効に伝達されるように、その肉厚を徐々に減少させ、中
心部側が凸となるように緩やかなテーパ状になってい
る。各ステータ２、３の他方の側には、夫々水平面が形
成されており、それらの各外周縁部には後述するロータ
ーが加圧接触させられるリング状の摩擦面１０、１１が
突出形成されている。尚、これら摩擦面１０、１１は、
夫々摩耗を少なくするために摩擦材１０ａ、１１ａの層
により覆われている。これら摩擦面１０、１１と各中心
部４、５との間の皿状の連結部分が本発明にいう連結部
８、９を構成している。各ステータ２、３は、各摩擦面
１０、１１が互いに反対を向き、蝶型になるように各中
心部４、５を互いに対向させて、各中心部４、５を貫通
するボルト等の複数個の締結具１２により互いに固定さ
れる。
【０００８】本実施例においては、各中心部４、５の基
部周囲に形成された互いに対向する環状の水平面の間
に、環状面２ａ、３ａに沿って等間隔にリング状に夫々
１２個もしくは１６個の圧電素子６、７が接着材を用い
ることなく、挟持されている。各圧電素子６、７は、夫
々円柱状を呈し、複数のセラミックスの積層により形成
されていて、夫々１２個もしくは１６個の圧電素子６、
７は夫々同軸上に位置されている。これら圧電素子６、
７は、夫々圧縮領域で動作するように、締結具１２の締
め付けにより、軸方向に予備圧力をかけられている。こ
のような積層されたセラミックスから成る圧電素子は、
同様の大きさをもつ一枚のセラミックス（圧電素子）よ
りも大きな伸長を得ることができる。また、このような
圧電素子の取り付け方法は、圧電素子が引っ張り力より
も圧縮力に高い抵抗力をもつことから、有利である。
尚、各圧電素子６、７は、後述するローターに摩擦面１
０、１１で圧縮されて取り付けられるステータを保持す
るための圧力にも耐えねばならない。同軸上に位置され
る圧電素子６、７の各対には、夫々互いに隣合うもの同
士１／４波長位相がずれたsin 、-sin、cos 、-cosの波
形の電圧が夫々印加される。
部周囲に形成された互いに対向する環状の水平面の間
に、環状面２ａ、３ａに沿って等間隔にリング状に夫々
１２個もしくは１６個の圧電素子６、７が接着材を用い
ることなく、挟持されている。各圧電素子６、７は、夫
々円柱状を呈し、複数のセラミックスの積層により形成
されていて、夫々１２個もしくは１６個の圧電素子６、
７は夫々同軸上に位置されている。これら圧電素子６、
７は、夫々圧縮領域で動作するように、締結具１２の締
め付けにより、軸方向に予備圧力をかけられている。こ
のような積層されたセラミックスから成る圧電素子は、
同様の大きさをもつ一枚のセラミックス（圧電素子）よ
りも大きな伸長を得ることができる。また、このような
圧電素子の取り付け方法は、圧電素子が引っ張り力より
も圧縮力に高い抵抗力をもつことから、有利である。
尚、各圧電素子６、７は、後述するローターに摩擦面１
０、１１で圧縮されて取り付けられるステータを保持す
るための圧力にも耐えねばならない。同軸上に位置され
る圧電素子６、７の各対には、夫々互いに隣合うもの同
士１／４波長位相がずれたsin 、-sin、cos 、-cosの波
形の電圧が夫々印加される。
【０００９】図２は、上述したように組み立てられる図
１に示されるステータ２、３及び圧電素子６、７の組立
体を有する圧電式回転モーター１を示す。図２において
は、ステータ２、３の中心部４、５に夫々貫通穴２ｂ、
３ｂが形成されており、これら貫通穴２ｂ、３ｂには、
軸Ａが遊かんされている。軸Ａの一端は、ステータ３の
摩擦面１１に接触する円板状のローターＲ２の軸心に固
定されており、その他端はステータ２の摩擦面１０に接
触する円板状のローターＲ１の軸心に形成された孔を貫
通し、皿ばねＰを介してボルトが螺合されている。皿ば
ねＰの外周縁部は、ローターＲ１の外周部に当接してお
り、これにより両ローターＲ１、Ｒ２は、夫々ステータ
２、３の摩擦面１０、１１に加圧接触させられている。
上記した異なる電圧が同軸上に位置される圧電素子６、
７の各対に印加されると、各圧電素子６、７が軸方向に
変位を繰り返し（振動し）、各ステータ２、３は、片持
ち梁の如く、締結具１２の近傍の部位１３、１４を支点
にしてわずかに軸方向に曲げられる。これにより、各圧
電素子６、７の軸方向変位は、周方向及び径方向に進行
する波となり連結部８、９を介して増幅されて各圧電素
子６、７と同じ角度領域にある摩擦面１０、１１の部分
に伝達され、該摩擦面１０、１１の部分は矢印１５に示
すように変位する。これによって、摩擦面１０、１１上
に楕円振動を形成する進行波が生じさせられる。この進
行波は、ローターＲ１、Ｒ２との間の摩擦力によりロー
ターＲ１、Ｒ２を同一方向に回転させ、ローターに固定
される図示されない出力軸より回転出力として機械的動
力を取り出す。以上のように本実施例によれば、レバー
として機能するテーパ状の連結部８、９によって、圧電
素子６、７の振動エネルギーが肉厚の中心部４、５へ伝
達されることなく、薄肉の摩擦面１０、１１へ有効に伝
達されるので、圧電素子６、７の限られた伸縮により、
摩擦面１０、１１に十分な大きさの変位を生成させるこ
とができ且つ、圧電素子６、７には曲げ応力が作用しな
いので、圧電素子の破壊の心配なく、モーター出力の向
上を図ることが可能となる。また、摩擦面１０、１１の
摺動による熱は、摩擦面１０、１１に連結部８、９を介
して連結される中心部４、５に収容される圧電素子６、
７にはほんのわずかしか伝達されないため、良好な熱条
件の下での圧電素子の作動を維持することができる。更
に、上記のような圧縮下での駆動力は、より大きな出力
を得ることができ、また、より高電圧で作動させること
ができる。また、圧電素子の取り付けに接着材を用いる
ことを不要とするので、耐久性に優れると共に安価であ
る。
１に示されるステータ２、３及び圧電素子６、７の組立
体を有する圧電式回転モーター１を示す。図２において
は、ステータ２、３の中心部４、５に夫々貫通穴２ｂ、
３ｂが形成されており、これら貫通穴２ｂ、３ｂには、
軸Ａが遊かんされている。軸Ａの一端は、ステータ３の
摩擦面１１に接触する円板状のローターＲ２の軸心に固
定されており、その他端はステータ２の摩擦面１０に接
触する円板状のローターＲ１の軸心に形成された孔を貫
通し、皿ばねＰを介してボルトが螺合されている。皿ば
ねＰの外周縁部は、ローターＲ１の外周部に当接してお
り、これにより両ローターＲ１、Ｒ２は、夫々ステータ
２、３の摩擦面１０、１１に加圧接触させられている。
上記した異なる電圧が同軸上に位置される圧電素子６、
７の各対に印加されると、各圧電素子６、７が軸方向に
変位を繰り返し（振動し）、各ステータ２、３は、片持
ち梁の如く、締結具１２の近傍の部位１３、１４を支点
にしてわずかに軸方向に曲げられる。これにより、各圧
電素子６、７の軸方向変位は、周方向及び径方向に進行
する波となり連結部８、９を介して増幅されて各圧電素
子６、７と同じ角度領域にある摩擦面１０、１１の部分
に伝達され、該摩擦面１０、１１の部分は矢印１５に示
すように変位する。これによって、摩擦面１０、１１上
に楕円振動を形成する進行波が生じさせられる。この進
行波は、ローターＲ１、Ｒ２との間の摩擦力によりロー
ターＲ１、Ｒ２を同一方向に回転させ、ローターに固定
される図示されない出力軸より回転出力として機械的動
力を取り出す。以上のように本実施例によれば、レバー
として機能するテーパ状の連結部８、９によって、圧電
素子６、７の振動エネルギーが肉厚の中心部４、５へ伝
達されることなく、薄肉の摩擦面１０、１１へ有効に伝
達されるので、圧電素子６、７の限られた伸縮により、
摩擦面１０、１１に十分な大きさの変位を生成させるこ
とができ且つ、圧電素子６、７には曲げ応力が作用しな
いので、圧電素子の破壊の心配なく、モーター出力の向
上を図ることが可能となる。また、摩擦面１０、１１の
摺動による熱は、摩擦面１０、１１に連結部８、９を介
して連結される中心部４、５に収容される圧電素子６、
７にはほんのわずかしか伝達されないため、良好な熱条
件の下での圧電素子の作動を維持することができる。更
に、上記のような圧縮下での駆動力は、より大きな出力
を得ることができ、また、より高電圧で作動させること
ができる。また、圧電素子の取り付けに接着材を用いる
ことを不要とするので、耐久性に優れると共に安価であ
る。
【００１０】直径５０mmの鉄製ステータ２、３を用いた
図１の型のモーターにおいて、圧電素子６、７の１μｍ
の振幅を摩擦面１０、１１で約１０μｍに増幅させ５Ｗ
の出力を得ることが確認されている。
図１の型のモーターにおいて、圧電素子６、７の１μｍ
の振幅を摩擦面１０、１１で約１０μｍに増幅させ５Ｗ
の出力を得ることが確認されている。
【００１１】図３および図４に本発明の第２実施例を示
す。図３及び図４において、図１及び図２に示される同
じ構成部材には、図１及び図２で用いた番号符号に２０
を加えた番号符号を付してある。この実施例において
は、圧電素子２６、２７と締結具３２の位置関係が上述
した実施例とは異なる。また、図１に示すステータ２、
３と同材質の各ステータ２２、２３は、一方の側に凸と
した円錐状を呈し、凸側の端部には平面が形成されてお
り、これら平面をその断面とする軸方向に延びる円柱状
の部分が、本発明における中心部２４、２５を構成して
いる。尚、各ステータ２２、２３の反対側の端面には、
その各外周縁部に後述するローターが加圧接触させられ
るリング状の摩擦面３０、３１が突出形成され、これら
摩擦面３０、３１は、夫々摩耗を少なくするために摩擦
材３０ａ、３１ａの層により覆われている。これら摩擦
面３０、３１と各中心部２４、２５との間の皿状の連結
部分が本発明にいう連結部２８、２９を構成している。
中心部２４、２５の軸心、すなわち各ステータ２２、２
３の軸心には、軸方向に延びる貫通孔２２ｂ、２３ｂが
夫々形成されている。貫通孔２２ｂ、２３ｂのステータ
の凸側端には、軸方向に延びる環状の溝２２ａ、２３ａ
が夫々形成されている。各ステータ２２、２３は、各摩
擦面３０、３１が互いに反対を向き、蝶型になるように
各中心部２４、２５を互いに対向させて、環状溝２２
ａ、２３ａの半径方向が外方の各中心部２４、２５を貫
通するボルト等の複数個の締結具３２により互いに固定
される。
す。図３及び図４において、図１及び図２に示される同
じ構成部材には、図１及び図２で用いた番号符号に２０
を加えた番号符号を付してある。この実施例において
は、圧電素子２６、２７と締結具３２の位置関係が上述
した実施例とは異なる。また、図１に示すステータ２、
３と同材質の各ステータ２２、２３は、一方の側に凸と
した円錐状を呈し、凸側の端部には平面が形成されてお
り、これら平面をその断面とする軸方向に延びる円柱状
の部分が、本発明における中心部２４、２５を構成して
いる。尚、各ステータ２２、２３の反対側の端面には、
その各外周縁部に後述するローターが加圧接触させられ
るリング状の摩擦面３０、３１が突出形成され、これら
摩擦面３０、３１は、夫々摩耗を少なくするために摩擦
材３０ａ、３１ａの層により覆われている。これら摩擦
面３０、３１と各中心部２４、２５との間の皿状の連結
部分が本発明にいう連結部２８、２９を構成している。
中心部２４、２５の軸心、すなわち各ステータ２２、２
３の軸心には、軸方向に延びる貫通孔２２ｂ、２３ｂが
夫々形成されている。貫通孔２２ｂ、２３ｂのステータ
の凸側端には、軸方向に延びる環状の溝２２ａ、２３ａ
が夫々形成されている。各ステータ２２、２３は、各摩
擦面３０、３１が互いに反対を向き、蝶型になるように
各中心部２４、２５を互いに対向させて、環状溝２２
ａ、２３ａの半径方向が外方の各中心部２４、２５を貫
通するボルト等の複数個の締結具３２により互いに固定
される。
【００１２】本実施例においては、互いに対向する各中
心部２４、２５の環状溝２２ａ、２３ａの間に、環状溝
２２ａ、２３ａに沿って等間隔にリング状に夫々６個の
圧電素子２６、２７が接着材を用いることなく、挟持さ
れている。これら各圧電素子２６、２７は、上述した実
施例と同様に構成されているので、説明は省略する。
心部２４、２５の環状溝２２ａ、２３ａの間に、環状溝
２２ａ、２３ａに沿って等間隔にリング状に夫々６個の
圧電素子２６、２７が接着材を用いることなく、挟持さ
れている。これら各圧電素子２６、２７は、上述した実
施例と同様に構成されているので、説明は省略する。
【００１３】図４は、上述したように組み立てられる図
３に示されるステータ２２、２３及び圧電素子２６、２
７の組立体を有する圧電式回転モーター２１を示す。図
４において、ステータ２２、２３は両端が閉じられた円
筒状のローター１６内に収容されており、ローター１６
の閉塞端面１６ａ、１６ｂが夫々摩擦面３０、３１に加
圧接触させられている。各ステータ２２、２３の貫通孔
２２ｂ、２３ｂには、固定軸１８が固定されており、ス
テータ２３から突出するその一端は、ローター１６の一
方の閉塞端面１６ｂに形成された孔１６ｃに遊かんされ
て、ケース１７の一端面に固定されている。ケース１７
は、ローター１６をその内部に収容するように、閉じら
れた円筒状を呈しており、他端面には孔１７ｃが形成さ
れている。該孔１７ｃには、ローター１６の他方の閉塞
端面１６ａに固定される出力軸１９が遊かんされてい
る。上述した実施例と同様に、異なる電圧が同軸上に位
置される圧電素子２６、２７の各対に印加されると、各
圧電素子２６、２７が軸方向に変位を繰り返し（振動
し）、各ステータ２２、２３は、片持ち梁の如く、締結
具３２の近傍の部位Ｂを支点にしてわずかに軸方向に曲
げられる。これにより、各圧電素子２６、２７の軸方向
変位は、周方向及び径方向に進行する波となり連結部２
８、２９を介して増幅されて各圧電素子２６、２７と同
じ角度領域にある摩擦面３０、３１の部分に伝達され、
該摩擦面３０、３１の部分は矢印に示すように軸方向に
変位する。これによって、摩擦面３０、３１上に楕円振
動を形成する進行波が生じさせられる。この進行波は、
ローター１６の閉塞端面１６ａ、１６ｂとの間の摩擦力
によりローター１６を一方向に回転させ、ローター１６
に固定される出力軸１９より回転出力として機械的動力
を取り出す。
３に示されるステータ２２、２３及び圧電素子２６、２
７の組立体を有する圧電式回転モーター２１を示す。図
４において、ステータ２２、２３は両端が閉じられた円
筒状のローター１６内に収容されており、ローター１６
の閉塞端面１６ａ、１６ｂが夫々摩擦面３０、３１に加
圧接触させられている。各ステータ２２、２３の貫通孔
２２ｂ、２３ｂには、固定軸１８が固定されており、ス
テータ２３から突出するその一端は、ローター１６の一
方の閉塞端面１６ｂに形成された孔１６ｃに遊かんされ
て、ケース１７の一端面に固定されている。ケース１７
は、ローター１６をその内部に収容するように、閉じら
れた円筒状を呈しており、他端面には孔１７ｃが形成さ
れている。該孔１７ｃには、ローター１６の他方の閉塞
端面１６ａに固定される出力軸１９が遊かんされてい
る。上述した実施例と同様に、異なる電圧が同軸上に位
置される圧電素子２６、２７の各対に印加されると、各
圧電素子２６、２７が軸方向に変位を繰り返し（振動
し）、各ステータ２２、２３は、片持ち梁の如く、締結
具３２の近傍の部位Ｂを支点にしてわずかに軸方向に曲
げられる。これにより、各圧電素子２６、２７の軸方向
変位は、周方向及び径方向に進行する波となり連結部２
８、２９を介して増幅されて各圧電素子２６、２７と同
じ角度領域にある摩擦面３０、３１の部分に伝達され、
該摩擦面３０、３１の部分は矢印に示すように軸方向に
変位する。これによって、摩擦面３０、３１上に楕円振
動を形成する進行波が生じさせられる。この進行波は、
ローター１６の閉塞端面１６ａ、１６ｂとの間の摩擦力
によりローター１６を一方向に回転させ、ローター１６
に固定される出力軸１９より回転出力として機械的動力
を取り出す。
【００１４】図５は、本発明に従った圧電式回転モータ
ーの第３実施例を示す。この実施例においては、上述し
た実施例とは異なり、各ステータ４２、４３は互いに固
定されるのではなく、夫々ケース４１の仕切り部４１ａ
（ベース部材）に固定される。尚、図示はされていない
が、各圧電素子は上述した実施例と同様に各ステータ４
２、４３の中心部に夫々収容され、各ステータ４２、４
３が仕切り部４１ａに締結具により固定されることによ
り、同様に予備圧力をかけられている。各ステータ４
２、４３の摩擦面４４、４５には、円板状のローター４
６、４７が加圧接触させられており、各ローター４６、
４７の軸心には夫々出力軸４８、４９が固定されてい
る。ケース４１は、閉じられた円筒状を呈し、その内部
にステータ４２、４３及びローター４６、４７を夫々収
容する２つの空間を形成するように仕切り部４１ａによ
り区画されている。ケース４１の各閉塞端面には、上記
した出力軸４８、４９が遊かんされる孔が夫々形成され
ている。本実施例においては、上述した実施例と同様に
圧電素子の軸方向の変位により摩擦面４４、４５上に楕
円振動を形成する進行波が生じ、この進行波は、ロータ
ー４６、４７との間の摩擦力によりローター４６、４７
を回転させ、出力軸４８、４９より回転出力として機械
的動力を取り出す。尚、本実施例においては、上述した
実施例と異なり、２つの摩擦面４４、４５は、それぞれ
独立した変位を受けるため、進行波を夫々反対方向に発
生させることができ、各出力軸４８、４９から回転方向
の異なる回転出力を得ることができる。
ーの第３実施例を示す。この実施例においては、上述し
た実施例とは異なり、各ステータ４２、４３は互いに固
定されるのではなく、夫々ケース４１の仕切り部４１ａ
（ベース部材）に固定される。尚、図示はされていない
が、各圧電素子は上述した実施例と同様に各ステータ４
２、４３の中心部に夫々収容され、各ステータ４２、４
３が仕切り部４１ａに締結具により固定されることによ
り、同様に予備圧力をかけられている。各ステータ４
２、４３の摩擦面４４、４５には、円板状のローター４
６、４７が加圧接触させられており、各ローター４６、
４７の軸心には夫々出力軸４８、４９が固定されてい
る。ケース４１は、閉じられた円筒状を呈し、その内部
にステータ４２、４３及びローター４６、４７を夫々収
容する２つの空間を形成するように仕切り部４１ａによ
り区画されている。ケース４１の各閉塞端面には、上記
した出力軸４８、４９が遊かんされる孔が夫々形成され
ている。本実施例においては、上述した実施例と同様に
圧電素子の軸方向の変位により摩擦面４４、４５上に楕
円振動を形成する進行波が生じ、この進行波は、ロータ
ー４６、４７との間の摩擦力によりローター４６、４７
を回転させ、出力軸４８、４９より回転出力として機械
的動力を取り出す。尚、本実施例においては、上述した
実施例と異なり、２つの摩擦面４４、４５は、それぞれ
独立した変位を受けるため、進行波を夫々反対方向に発
生させることができ、各出力軸４８、４９から回転方向
の異なる回転出力を得ることができる。
【００１５】上述した実施例は、いずれも２つのステー
タを有する圧電式回転モーターに本発明を実施した例で
あるが、図５に示す実施例の一方側のように本発明は１
つのステータを有する圧電式回転モーターに適用するこ
とは可能である。このような１つのステータを有する本
発明に従った圧電式回転モーターを第４実施例として、
図６に示す。ステータ５０は、円板状のステータ部５１
を有している。ステータ部５１の軸心には一方の側に突
出した肉厚の円柱状の中心部５２が形成され、本実施例
においては該中心部５２には肉厚のベース部５３が一体
に形成されている。中心部５２の外周は、ベース部５３
側が大径となるようにテーパ状を呈している。中心部５
２の小径側端部であるステータ部５１側の基部の周囲に
は、環状の水平面５１ａが形成されており、この環状水
平面５１ａの外周縁部からステータ部５２の外周縁部に
かけては、後述する圧電素子の振動エネルギーがステー
タ部５１の外周縁部に有効に伝達されるようにその肉厚
を徐々に減少させ、中心部５２側が凸となるように緩や
かなテーパ状になっている。ステータ部５１の他方の側
には、水平面が形成されており、その外周縁部にはロー
ター５４が加圧接触させられるリング状の摩擦面５５が
突出形成されている。尚、これら摩擦面５５もしくは、
同摩擦面に接触するローター５４の面には摩擦材の層が
被覆されている。この摩擦面５５と中心部５２間の皿状
の連結部分が本発明にいう連結部５６を構成している。
尚、ベース部５３は、図示しない固定部材に固定され
る。ステータ部５１の環状水平面５１ａに対向するベー
ス部材５２の部分には、等間隔に１２もしくは１６個の
貫通穴５３ａが形成されている。これら貫通穴５３ａに
はねじ５９がステータ部５１側へ向けて夫々螺合されて
おり、これら各ねじ５９と環状水平面５１ａの間には上
記した実施例と同様な圧電素子５７が夫々挟持されてい
る。これら１２もしくは１６個の圧電素子５７は、上記
した実施例と同様にねじ５９の締め付けにより夫々均等
に軸方向に予備圧力をかけられている。上述した実施例
と同様に、異なる電圧が各圧電素子５７に印加される
と、各圧電素子５７が軸方向に変位を繰り返し（振動
し）、ステータ部５１は片持ち梁の如く、圧電素子５７
の位置する部分を支点にしてわずかに軸方向に曲げられ
る。これにより、各圧電素子５７の軸方向変位は、径方
向に進行する波となりテーパ状の連結部５６を介して増
幅されて各圧電素子５７と同じ角度領域にある摩擦面５
５に伝達され、摩擦面５５が軸方向に変位する。この
時、中心部５２及びベース部５３は、肉厚であり且つ、
中心部５２はベース部５３側が大径であるため、圧電素
子５７の振動エネルギーは中心部５２及びベース部５３
へ伝達されることなく、有効に薄肉である摩擦面５５に
伝達される。これによって、摩擦面５５上に楕円運動を
形成する進行波が生じさせられる。この進行波は、ロー
ター５４との摩擦力により、同ローター５４を回転さ
せ、ローター５４に固定されステータ５０の軸心に形成
された内孔に軸受を介して支承される出力軸５８より回
転出力として機械的出力を取り出す。
タを有する圧電式回転モーターに本発明を実施した例で
あるが、図５に示す実施例の一方側のように本発明は１
つのステータを有する圧電式回転モーターに適用するこ
とは可能である。このような１つのステータを有する本
発明に従った圧電式回転モーターを第４実施例として、
図６に示す。ステータ５０は、円板状のステータ部５１
を有している。ステータ部５１の軸心には一方の側に突
出した肉厚の円柱状の中心部５２が形成され、本実施例
においては該中心部５２には肉厚のベース部５３が一体
に形成されている。中心部５２の外周は、ベース部５３
側が大径となるようにテーパ状を呈している。中心部５
２の小径側端部であるステータ部５１側の基部の周囲に
は、環状の水平面５１ａが形成されており、この環状水
平面５１ａの外周縁部からステータ部５２の外周縁部に
かけては、後述する圧電素子の振動エネルギーがステー
タ部５１の外周縁部に有効に伝達されるようにその肉厚
を徐々に減少させ、中心部５２側が凸となるように緩や
かなテーパ状になっている。ステータ部５１の他方の側
には、水平面が形成されており、その外周縁部にはロー
ター５４が加圧接触させられるリング状の摩擦面５５が
突出形成されている。尚、これら摩擦面５５もしくは、
同摩擦面に接触するローター５４の面には摩擦材の層が
被覆されている。この摩擦面５５と中心部５２間の皿状
の連結部分が本発明にいう連結部５６を構成している。
尚、ベース部５３は、図示しない固定部材に固定され
る。ステータ部５１の環状水平面５１ａに対向するベー
ス部材５２の部分には、等間隔に１２もしくは１６個の
貫通穴５３ａが形成されている。これら貫通穴５３ａに
はねじ５９がステータ部５１側へ向けて夫々螺合されて
おり、これら各ねじ５９と環状水平面５１ａの間には上
記した実施例と同様な圧電素子５７が夫々挟持されてい
る。これら１２もしくは１６個の圧電素子５７は、上記
した実施例と同様にねじ５９の締め付けにより夫々均等
に軸方向に予備圧力をかけられている。上述した実施例
と同様に、異なる電圧が各圧電素子５７に印加される
と、各圧電素子５７が軸方向に変位を繰り返し（振動
し）、ステータ部５１は片持ち梁の如く、圧電素子５７
の位置する部分を支点にしてわずかに軸方向に曲げられ
る。これにより、各圧電素子５７の軸方向変位は、径方
向に進行する波となりテーパ状の連結部５６を介して増
幅されて各圧電素子５７と同じ角度領域にある摩擦面５
５に伝達され、摩擦面５５が軸方向に変位する。この
時、中心部５２及びベース部５３は、肉厚であり且つ、
中心部５２はベース部５３側が大径であるため、圧電素
子５７の振動エネルギーは中心部５２及びベース部５３
へ伝達されることなく、有効に薄肉である摩擦面５５に
伝達される。これによって、摩擦面５５上に楕円運動を
形成する進行波が生じさせられる。この進行波は、ロー
ター５４との摩擦力により、同ローター５４を回転さ
せ、ローター５４に固定されステータ５０の軸心に形成
された内孔に軸受を介して支承される出力軸５８より回
転出力として機械的出力を取り出す。
【００１６】
【発明の効果】以上の如く、本発明によれば、レバーと
して機能するテーパ状の連結部によって、圧電素子の振
動エネルギーが肉厚の中心部へ伝達されることなく、薄
肉の摩擦面へ有効に伝達されるので、圧電素子の限られ
た伸縮により、摩擦面に十分な大きさの変位を生成させ
ることができ且つ、圧電素子には曲げ応力が作用しない
ので、圧電素子の破壊の心配なく、モーター出力の向上
を図ることが可能となる。また、本発明によれば、レバ
ーとして機能するテーパ状の連結部を有する対のステー
タ間に圧電素子を収容すれば、圧電素子の両端から生成
される振動エネルギーを利用でき、より高出力・高トル
クの回転力を得ることができる。
して機能するテーパ状の連結部によって、圧電素子の振
動エネルギーが肉厚の中心部へ伝達されることなく、薄
肉の摩擦面へ有効に伝達されるので、圧電素子の限られ
た伸縮により、摩擦面に十分な大きさの変位を生成させ
ることができ且つ、圧電素子には曲げ応力が作用しない
ので、圧電素子の破壊の心配なく、モーター出力の向上
を図ることが可能となる。また、本発明によれば、レバ
ーとして機能するテーパ状の連結部を有する対のステー
タ間に圧電素子を収容すれば、圧電素子の両端から生成
される振動エネルギーを利用でき、より高出力・高トル
クの回転力を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従った圧電式回転モーターの第１実施
例を示すステータと圧電素子の組立体の断面図である。
例を示すステータと圧電素子の組立体の断面図である。
【図２】図１の組立体を含む圧電式回転モーターの断面
図である。
図である。
【図３】本発明に従った圧電式回転モーターの第２実施
例を示すステータと圧電素子の組立体の断面図である。
例を示すステータと圧電素子の組立体の断面図である。
【図４】図３の組立体を含む圧電式回転モーターの断面
図である。
図である。
【図５】本発明に従った圧電式回転モーターの第３実施
例を示す断面図である。
例を示す断面図である。
【図６】本発明に従った圧電式回転モーターの第４実施
例を示す断面図である。
例を示す断面図である。
２、３、２２、２３ ステータ ４、５、２４、２５ 中心部 ６、７、２６、２７ 圧電素子 ８、９、２８、２９ 連結部 １０、１１、３０、３１ 摩擦面 Ｒ１、Ｒ２、１６ ローター
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ミッシェル グシュウンド フランス国 06130 グラース プラスカ シィアシュマン デ ラバンディエール （番地の表示なし) (72)発明者 満田 辰美 フランス国 06560 バルボンヌ ソフィ ア−アンティポリス リュ アルベール カコ 220 イムラ ユーロプ エス．ア ー．内 (72)発明者 ダニエル ギョマー フランス国 06200 ニース アベニュー ドユ フアブロン 185 (72)発明者 ジャン−デニ ソザードユ フランス国 06130 グラース コマンド リ サン クリストフ（番地の表示なし) (72)発明者 チーエーリ マゾイェ フランス国 06140 バンス シュマン ドユラ ゴーデ ル バル ベール （番 地の表示なし)
Claims (10)
- 【請求項１】 複数の圧電素子と、該圧電素子の圧電効
果による三次元の変位の合成によりその周囲の環状の摩
擦面に楕円振動を形成する進行波を生成する円板状であ
って、前記複数の圧電素子を収容する中心部及び、前記
圧電素子と同じ角度領域に位置する前記摩擦面に至る部
分に前記圧電素子の軸方向の変位を伝達及び増幅するレ
バーを形成するように前記中心部と前記摩擦面とを連結
すると共に前記中心部から周縁へとその肉厚を薄くする
ように前記摩擦面の背面側がテーパ状を呈する連結部を
有するステータと、該ステータの前記摩擦面に加圧接触
されるローターとを備えてなる圧電式回転モーター。 - 【請求項２】 前記圧電素子が予備加圧をされ、前記中
心部に取り付けられていることを特徴とする請求項１に
記載の圧電式回転モーター。 - 【請求項３】 前記各圧電素子は、セラミックスの積層
により形成されていることを特徴とする請求項１もしく
は２に記載の圧電式回転モーター。 - 【請求項４】 前記ステータを一対有し、各ステータは
前記圧電素子をその両者間に挟持するように互いに前記
中心部にて締結され、前記摩擦面が各ステータの互いに
反する側面に形成されていることを特徴とする請求項１
乃至３の何れかに記載の圧電式回転モーター。 - 【請求項５】 前記ローターはその両端が閉じられた円
筒状を呈し、該両端面が前記摩擦面に加圧接触されてい
ることを特徴とする請求項４に記載の圧電式回転モータ
ー。 - 【請求項６】 前記ステータを一対有し、各ステータは
その間に前記圧電素子を挟持するように固定部材に前記
中心部にて夫々固定され、各ステータの互いに反する側
面に形成される前記摩擦面に夫々独立した一対の前記ロ
ーターが加圧接触させられていることを特徴とする請求
項１乃至３の何れかに記載の圧電式回転モーター。 - 【請求項７】 中央部を肉厚部、周囲を薄肉部とした対
の円板体を肉厚部を対向させるように配したステータ
と、ステータの肉厚部に設けた溝内に収納された圧電素
子と、円板状のステータの周縁摩擦部に接するローター
とを有し、ステータを構成する対の円板体の向い合う面
が、中央の周厚部から周縁へとその肉厚を薄くするテー
パ面となっている圧電式回転モーター。 - 【請求項８】 ステータが鉄系合金、アルミ合金、銅、
ステンレス鋼又はセラミックスの何れかからなり、圧電
素子の振動を５〜１０倍増巾させる請求項７に記載の圧
電式回転モーター。 - 【請求項９】 前記中心部に反ローター側に開口する溝
が形成され、該構内に前記圧電素子が収容されると共に
前記中心部に固定されるベース部材との間で挟持されて
いることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の
圧電式回転モーター。 - 【請求項１０】 前記ベース部材が前記ステータに一体
形成されていることを特徴とする請求項９に記載の圧電
式回転モーター。
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