JPH0789749B2

JPH0789749B2 - 圧電モータ

Info

Publication number: JPH0789749B2
Application number: JP63146246A
Authority: JP
Inventors: 克己藤本; 純多保田; 二郎井上
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1988-06-14
Filing date: 1988-06-14
Publication date: 1995-09-27
Anticipated expiration: 2010-09-27
Also published as: JPH01315274A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、超音波帯の固体共振に基づく進行波を利用し
た円環状の圧電モータに関し、特に、断面形状が音叉状
のステータの構造が改良されたものに関する。

〔従来の技術〕

第２図は、従来の圧電モータの部分切欠斜視図であり、
第３図は該圧電モータの要部断面図である。

第２図および第３図を参照して、この圧電モータでは、
断面が音叉状の円環状支持体１を用いてステータが構成
されている。すなわち、支持体１の外側に開かれた形状
に延ばされた支持部2,3の内面に、第1,第２の圧電振動
板4,5が貼り付けられており、該圧電振動板4,5を屈曲振
動させることにより、支持体１の周方向に進行波が発生
される。

第1,第２の圧電振動板4,5においては、周方向に連なっ
た複数の領域が、第４図に示すように分極処理されてい
る。すなわち、第１の圧電振動板４では、第１の励振源
を構成するための複数の分極領域7aと、第２の励振源を
構成するための複数の分極領域7bと、未分極領域7c,7d
が形成されている。第４図において円で囲まれた＋およ
び−の記号は、それぞれ、各分極領域の分極方向を示
し、＋は上面側から下面側へ延びる方向に分極されてい
ることを、−は下面側から上面側に分極処理されている
ことを示す。

第４図から明らかなように、第２の圧電振動板５におい
ても、第１および第２の励振源を構成するために、複数
の分極領域7a,7bが形成されており、また未分極領域7c,
7dが間に配置されている。

なお、第２の圧電振動板５における分極領域の分極方向
は、第１の圧電振動板４における対応の分極領域と逆方
向に分極処理されている。これは、第1,第２の圧電振動
板4,5を、逆相で振動させることにより、後述するロー
タを回転させるものだからである。

特に図示はしないが、第1,第２の圧電振動板4,5の両主
面には、各圧電振動板4,5を振動させるために適宜の電
極が形成されている。

第４図に示したように分極処理されているので、圧電振
動板4,5に電圧を印加して進行波を発生させた場合、一
次の屈曲振動が発生し、支持体１は、第５図に模式的に
示すように振動される。そして、第1,第２の圧電振動板
4,5に上記の屈曲振動に基づく進行波を発生させること
により、支持体１に圧接されたロータ11が回転駆動され
る。

ロータ11は、第３図に示すように、支持体１を被うよう
に取り付けられた第1,第２の円環状金属板12,13をボル
ト14により連結することにより構成されている。なお、
15は弾性材を示し、両金属板12,13間の結合の程度をボ
ルト14により調整し、それによってロータ11と支持体１
の間の圧接力を調整するために設けられている。

〔発明が解決しようとする技術的課題〕

上記のような断面形状が音叉状の支持体１を用いた圧電
モータでは、上下に配置された二個の支持部2,3が屈曲
振動され、それに基づく進行波によりロータ11が回転駆
動される。よって、上下に配置された駆動源によりロー
タ11が回転されるため、回転効率に優れているという利
点を有する。

しかしながら、現実に第２図の圧電モータを回転させた
ところ、必ずしも意図した通りの効率、すなわち高変換
効率および高トルクを実現し得るものでないことがわか
った。

よって、本発明の目的は、より高いエネルギ変換効率を
示し、かつ高トルクの圧電モータを提供することにあ
る。

〔技術的課題を解決するための手段〕

本願の第１の発明の圧電モータは、厚み方向に対向する
ように開かれた一対の円環状支持部と、該円環状支持部
の内側に突出するように連ねられた支持脚部とを有する
断面音叉状の円環状支持体と、前記支持体の一対の支持
部の主面に、それぞれ、支持されており、かつ屈曲振動
モードで振動されて上記支持体の周方向に進行波を発生
させる第1,第２の圧電振動板とを有し、かつ前記第1,第
２の圧電振動板が対向部において互いに逆相で振動され
るステータと、前記円環状支持体の支持脚部が固定され
ているブラケットと、前記ステータの一対の支持部に圧
接されており、該ステータに引き起こされた進行波によ
り回転されるロータとを備え、円環状支持体の１次共振
モードを利用した圧電モータにおいて、前記支持体の一
対の円環状支持部の周縁には、ロータと接触される部分
に複数の切欠が周方向に所定距離を隔てて分散形成され
ていることを特徴とする圧電モータである。

また、本願の第２の発明は、厚み方向に対向するように
開かれた一対の円環状支持部と、該円環状支持部の内側
に突出するように連ねられた支持脚部とを有する断面音
叉状の円環状支持体と、前記支持体の一対の支持部の主
面に、それぞれ、支持されており、かつ屈曲振動モード
で振動されて上記支持体の周方向に進行波を発生させる
第1,第２の圧電振動板とを有し、かつ前記第1,第２の圧
電振動板が対向部において互いに逆相で振動されるステ
ータと、前記円環状支持体の支持脚部が固定されている
ブラケットと、前記ステータの一対の支持部に圧接され
ており、該ステータに引き起こされた進行波により回転
されるロータとを備え、円環状支持体の２次共振モード
を利用した圧電モータにおいて、前記支持体の一対の円
環状支持部には、ロータと接触される部分に支持部の両
主面を貫通する複数の貫通孔が周方向に所定距離を隔て
て分散形成されていることを特徴とする圧電モータであ
る。

〔作用〕

本発明は、従来の断面音叉型の円環状圧電モータにおい
て意図した程の効率が得られないことが、ロータ−ステ
ータ間のすべりに起因するものであることに着目して成
されたものである。本発明では、ステータの支持体の一
対の円板状支持部に、ロータと接触される部分におい
て、複数の切欠または貫通孔を周方向に分散形成されて
いるので、円板状支持部の切欠または貫通孔で挟まれた
部分における進行方向変位分が増幅される。同時に、切
欠または貫通孔で挟まれた部分はロータに対して点接触
的に順次当接されていくため、ロータ−ステータ間のす
べりも低減される。

また、音叉状断面を有する支持体において、第1,第２の
圧電振動板が逆相で振動されるため、振動のノード点が
該断面音叉型形状の基端部に位置することになる。従っ
て、該音叉状形状の基端部において機械的に保持した場
合、上記第1,第２の圧電振動板の振動は妨げられない。

〔実施例の説明〕

第１図は、本発明の第１の実施例のステータ部分の斜視
図、第７図は第１の実施例のロータを組込んだ状態の部
分断面図である。

第１図および第７図を参照して、断面が音叉状の円環状
支持体21は、外側に向かって開かれており、かつ厚み方
向において対向するように配置された一対の円板状支持
部22,23を有する。この断面音叉形状の支持体21を用い
てステータが構成されている。

すなわち、支持部22の下面には第１の円板状の圧電振動
板24が、支持部23の上面には第２の圧電振動板25が貼り
付けられている。なお、本実施例の圧電モータは円環状
支持体21の一次共振モードを利用するものであるため、
圧電振動板24,25は、それぞれ、第２図に示した従来例
の圧電振動板4,5と同様に構成されている。

本実施例の特徴は、円板状支持部22,23の外側端縁に、
すなわち後述するロータに圧接される部分に、それぞ
れ、複数の切欠26,27が周方向に分散形成されているこ
とにある。

なお、28は支持体21を固定するための円筒ブラケットを
示す。

第７図に戻り、ステータを囲繞するように、ロータ29が
設けられている。ロータ29は、第３図に示した従来例と
同様に構成されている。すなわち、外周縁側に互いの方
向に延びる環状壁が形成された円板状金属板30,31を弾
性材32を介して連結することにより構成されている。

本実施例の圧電モータにおいては、従来例の圧電モータ
と同様に、第1,第２の圧電振動板を屈曲振動モードで振
動させることにより、円環状支持体21の支持部22,23に
進行波が引き起こされる。従って、支持部22,23に圧接
されたロータ29が該進行波に基づいて回転される。

もっとも、本実施例おいては、第８図（ａ），（ｂ）に
外側から見た状態を模式的に示すように、第1,第２の圧
電振動板24,25を振動させた場合、支持部22,23の進行方
向変位分が増幅される。すなわち、切欠26,27が周方向
に分散形成されているので、該切欠26,27で挟まれた部
分26a,27a（理解を容易とするために、外周側端面をハ
ッチングして図示してある）は、支持部22,23の基部に
比べて大きく変位される。

従って、切欠26,27により挟まれた部分26a,27aの進行方
向変位量が、支持部22,23の基部に比べて大きくされて
いるので、より大きなトルクがロータ29側に与えられ
る。

同時に、切欠26,27で挟まれた部分26a,27aは周方向に分
散形成されているので、該部分26a,27aは、ロータ29に
点接触的に順次圧接されていく。従って、ステータ−ロ
ータ間のすべりが効果的に低減される。

上記実施例は、円環状弾性体の一次共振モードを利用し
たものであるが、二次共振モードを利用しても同様の圧
電モータを構成することができる。

第９図は、二次共振モードを用いた第２の実施例のロー
タを除いた状態の部分断面斜視図、第10図は第２の実施
例の要部断面図である。

二次共振モードを利用した場合には、第６図に模式的に
示すように支持体41が屈曲振動される。よって、第10図
に示すように、音叉状の支持体41の上下に、ステータを
ブラケット（図示せず）に固定するための固定部42,43
が設けられている。

また、断面形状が音叉状の支持体41は、第６図に示した
ように、円板状の支持部44,45の径方向中央領域におい
て最も大きく変位される。従って、本実施例では、支持
部44,45の径方向中央領域において、複数の貫通孔46,47
が周方向に分散形成されている。その他の構造は、第１
の実施例と同様であるため、相当する部分については、
相当の参照番号を付することにより、その説明を省略す
る。

第２の実施例では、支持部44,45の中央領域において、
すなわちロータ48に圧接される部分に、複数の貫通孔4
6,47が周方向に分散形成されているので、該貫通孔46,4
7で挟まれた部分46a,47aは、第１の実施例の切欠26,27
で挟まれた部分26a,27aと同様に進行方向に大きく変位
される。すなわち、支持部44,45自体よりも貫通孔46,47
で挟まれた部分46a,47aの変位量の方が大きいため、ロ
ータの回転効率が効果的に高められる。

また、貫通孔46,47間で挟まれた部分46a,47aがロータに
順に点接触的に当接していくので、ロータ−ステータ間
のすべりも低減される。

なお、本実施例のように二次共振モードを利用する場合
には、圧電振動板44a,45aを構成するにあたっては、二
次共振が生じ易いように分極処理する必要があることは
言うまでもない。

第1,第２の実施例では、共に支持体21,41の支持部22,2
3,44,45の外側主面を利用してロータへの駆動力の伝達
を行っていたが、支持部の内面側にロータを配置してモ
ータを回転駆動するように構成してもよい。

第11図は、このような支持部間にロータを配置した第３
の実施例を示す。

第11図から明らかなように、二次共振モードを利用した
圧電モータにおいて、ステータを構成する支持体41の支
持部44,45の外側主面に、それぞれ、第1,第２の圧電振
動板44a,45aが貼り付けられている。これは、支持部44,
45の内側主面でロータ48に圧接させるためである。

支持部44,45には、第２の実施例と同様に、複数の貫通
孔46,47が周方向に分散形成されている。他方、ロータ4
8は、支持部44,45間の空間に挿入・配置されており、断
面形状がコの状の金属環により構成されている。49は弾
性材を示し、ロータ48の被動部分48a,48b間の反発程度
を調整し、それによって貫通孔46,47で挟まれた部分と
の圧接力を調整するために設けられている。

第11図に示した実施例においても、複数の貫通孔46,47
が周方向に分散形成されているので、該貫通孔46,47で
挟まれた部分46a,47aにより、第1,第２の実施例と同様
に進行方向への変位量が増幅される。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によれば、ステータの一対の支持
部のロータに接触される部分において複数の切欠または
貫通孔が周方向に分散形成されているので、該切欠また
は貫通孔で挟まれた部分では、進行方向への変位量が増
幅される。従って、断面音叉状の支持体を用いた円環状
圧電モータの変換効率を効果的に高めることができる。
同様に、切欠または貫通孔で挟まれた部分がロータに点
接触的に順次当接されていくので、ロータ−ステータ間
のすべりも低減される。

よって、高トルクの円環状圧電モータを実現することが
可能となる。

また、本発明では、支持体が断面音叉状の形状を有し、
第1,第２の圧電振動板が対向部において逆相で振動され
るため、この振動のノード点が断面音叉状の形状の基端
部に位置することになる。従って、円環状支持体の上記
断面音叉状の形状の基端部において機械的に保持した場
合、第1,第２の圧電振動板の振動がこの機械的保持によ
り妨げられない。すなわち、圧電モータに必要な振動を
阻害することなく、ステータを固定することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例のステータ部分を説明す
るための部分断面斜視図、第２図は従来の圧電モータの
部分断面斜視図、第３図は従来の圧電モータの断面図、
第４図は圧電振動板の分極状態を説明するための斜視
図、第５図は一次共振モードを利用した場合のステータ
の屈曲姿態を説明するための模式図、第６図は二次共振
モードを用いた場合のステータの屈曲姿態を説明するた
めの模式図、第７図は第１の実施例の断面図、第８図
（ａ）および（ｂ）は第１の実施例における切欠の機能
を説明するための各模式的断面図、第９図は本発明の第
２の実施例のステータ部分を示す部分断面斜視図、第10
図は第２の実施例の断面図、第11図は本発明の第３の実
施例の断面図である。図において、21は円環状の支持体、22,23は第1,第２の
支持部、24,25は圧電振動板、26,27は切欠、26a,27aは
切欠で挟まれた部分、29はロータを示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭64−110065（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−18975（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−245284（ＪＰ，Ａ) 特開平１−315271（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】厚み方向に対向するように開かれた一対の
円環状支持部と、該円環状支持部の内側に突出するよう
に連ねられた支持脚部とを有する断面音叉状の円環状支
持体と、前記支持体の一対の支持部の主面に、それぞれ、支持さ
れており、かつ屈曲振動モードで振動されて上記支持体
の周方向に進行波を発生させる第1,第２の圧電振動板と
を有し、かつ前記第1,第２の圧電振動板が対向部において互いに
逆相で振動されるステータと、前記円環状支持体の支持脚部が固定されているブラケッ
トと、前記ステータの一対の支持部に圧接されており、該ステ
ータに引き起こされた進行波により回転されるロータと
を備え、円環状支持体の１次共振モードを利用した圧電
モータにおいて、前記支持体の一対の円環状支持部の周縁には、ロータと
接触される部分に複数の切欠が周方向に所定距離を隔て
て分散形成されていることを特徴とする圧電モータ。
【請求項２】厚み方向に対向するように開かれた一対の
円環状支持部と、該円環状支持部の内側に突出するよう
に連ねられた支持脚部とを有する断面音叉状の円環状支
持体と、前記支持体の一対の支持部の主面に、それぞれ、支持さ
れており、かつ屈曲振動モードで振動されて上記支持体
の周方向に進行波を発生させる第1,第２の圧電振動板と
を有し、かつ前記第1,第２の圧電振動板が対向部において互いに
逆相で振動されるステータと、前記円環状支持体の支持脚部が固定されているブラケッ
トと、前記ステータの一対の支持部に圧接されており、該ステ
ータに引き起こされた進行波により回転されるロータと
を備え、円環状支持体の２次共振モードを利用した圧電
モータにおいて、前記支持体の一対の円環状支持部には、ロータと接触さ
れる部分に支持部の両主面間を貫通する複数の貫通孔が
周方向に所定距離を隔てて分散形成されていることを特
徴とする圧電モータ。