JPS58192474A - 圧電モ−タ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電動機に関するものであり、更に詳しくいえば
圧電モータに関するものである。

本発明のモータは減速両軍々して使用でき、かつ段階的
および連続的に回転できる低速モータとして最も効率的
に使用できる。この種のモー′夕は自動装置の作動機構
、テープレコーダのテープ駆動装置、データ入出力装置
、数字プリンタ、撮影機および写真機、ムーブメント、
レコードプレーヤーなどにおいて広い用途が見出される
ものと予測される。

電気エネルギーを回転子の角変位の形または連続回転の
形の機械エネルギーに変換する圧電モータが知られてい
る。

その圧電モータの固定子は、モータが上に固定されるベ
ース板に対して静止している部分であり、回転子は回転
のためにたとえば軸受により回転子にとりつけられる回
転部分である。

固定子と回転子の間の電磁相互作用で動作する電動機と
は異り、圧電モータは固定子と回転子の（１０） 摩擦相互作用すなわち摩擦力で動作する。その摩擦相互
作用は以後「摩擦相互作用面」と呼ぶある表面上で行わ
れる。電力供給が断たれた時は、前記摩擦力より十分に
大きい力のモーメントをその回転子に加えることにより
その回転子を回転させることができる。トルクを発生さ
せるために、圧電モータの固定子または回転子には圧電
振動子（圧電震動子と呼ばれることもある）が設けられ
る。その圧電振動子は、圧電素子である圧電能動部品を
含む電気機械的な共振子である。その圧電素子は１つの
方向に電気分極された単結晶圧電材料または多結晶圧電
材料である。その圧電素子は、喪とえは薄い金属膜の形
に作られた少くとも２つの電極も含む。それらの電極に
は、圧電素子を交流電源に接続するために用いられる金
属リードが接続される。その電源の周波数は振動子の共
振周波数に等しく、またはそれに近い値が通常選択され
る。

その圧電素子が電源に接続されると、逆圧電効果によっ
て、振動子の幾何学的寸法の１つに沿つて共振モードの
弾性機械（音響）振動が圧電素子中に発生される。その
振動は固定子内で音響的に絶縁されている振動子全体の
中を伝わる。　　　　゛固定子と回転子の間の蒙擦接触
は、弾性振動を回転子の角変位の一方向パルスに変換す
る機械的整流器として機能する。その一方向パルスは回
転子の質量により平滑にされて連続角運動を生ずる。

それらのモータの１つには圧電板の形に作られた振動子
が設けられ、その圧電板の一端は回転子へ押しつけられ
る（米国特許第４０１９０７３号参照）、１この種のモ
ータは効率が高い（６０％以上）。しかし、その種のモ
ータは高い電圧を必要とし、振動子の特性カーブの勾配
上にある動作周波数の範囲が狭い。更に、温度や負荷の
変動または安定な動作を害するその他の要因を補償する
ように、電源周波数を圧電モータの動作周波数範囲内に
保っために、従来の圧電モータは複雑な電子装置を必要
としていた。また、従来の圧電モータでは固定子力８゜
＠＋よ高いエヵヤカ。えアい、ヵ１５１．１１ヵ１１゜
発熱して回転子の瞬時回転周波数が不安定になる。

この欠点はいくつかの振動子を用いることによね除去で
きるが、各圧電素子に独立した電源を設けねばならない
からモータおよび電源回路が複雑となる。振動子と回転
子の直接接触のために圧電モータのインピーダンスが段
階的に変化することにも注意すべきである。そのインピ
ーダンスの段階的な変化のためにモータの自励振動子電
源回路の動作が不安定になる。それと同時に、補助電子
装置を用いること外しにモータの動作パラメータを安定
にするのはその自励回路である。

前記米国特許には、圧電円板または圧電リングの形で作
られた振動子が、対称的にとりつけられてブツシャとし
て機能する複数の薄い板と相互作用して、振動する圧電
素子を回転させてトルクを発生するモータも開示されて
いる。

それらのモータには縦振動振動子が設けられる。

縦撮動というのは、粒子の弾性振動変位が機械的エネル
ギーが伝わる向き、すなわち、１つの粒子から別の粒子
へ、すなわち、弾性波が伝わる向き、に起る種類の振動
である。オた、横振動する振動（１３）　　　　　　　
　　　　　　２ＱＡ−子もある。横振動では弾性波が伝
わる同角に対して垂直な方向に粒子が移動する。一対の
電極が両面に設けられ、それらの電極面に対して垂直な
方向に分極された同一構造（均質な）板、円板、棒は縦
撮動する振動子の最も簡単な例である。震動変位を生ず
るために電極の表面に平行な方向に分極された類似の物
体は、横震動する振動子の最も簡単な形である。

円板またはリング状に作られて縦振動してブツシャと相
互作用する振動子を有する従来の圧電モータは効率が比
較的低り、１０％以下である。その理由は、圧電素子に
集中させられたエネルギーの一部だけがブツシャ板と振
動子との音響的な接触により伝えられ、回転子の回転エ
ネルギーに変換されることにより説明される。音響エネ
ルギーの大部分は振動子の円筒面から反射されて振動子
の物質中で消費される。これが圧電モータのトルクが比
較的小さい理由である。

横振動振動子に関連するねじれ振動振動子が固定子に設
けられた圧電モータも知られている（米（１４） 国特許第３２１１９３１号参照）。この撮動子は中空円
筒の形で作られた圧電素子である。乙の圧電モータは圧
電板状に作られたブツシャも有する本のと考えられる。

このブツシャの一端は圧電振動子の１つ！！たけ２つの
端面に固定され、他端は回転子の円筒面と相互作用する
。横撮動の共振モードの伝わる方向は回転子の母線に平
行である。このモータは互いに交わる２種類の横振動の
相互作用で動作する。振動子自体は横（ねじれ）撮動を
ひき起すから、固定子と回転子の間の摩擦接触で自励さ
れる第２の種類の振動は縦撮動である。しかし、縦振動
の共振振動数は最も良くても横振動の振動数の１．５倍
である。その場合にはそれらの縦振動のずれ振幅は横撮
動のずれ振幅よりけるかに小さい。その結果として、回
転子が前進している時に回転子に加えられるブツシャの
圧力は、回転子が後退している時に回転子に加えられる
ブツシャの圧力より少し低くなる。したがって、１サイ
クルの半分の間はブツシャは回転子を前方へ押し、１サ
イクルの残りの半分の間はブツシャはほぼ同じ力で回転
子を後方へ押す。しかし、回転子の後退運動はそれ自身
の慣性のために阻止され、ブツシャの後退中は全てのエ
ネルギーは摩擦エネルギーに変えられるからブツシャの
摩耗が大となり、モータの効率が低くなる。

また、中空円筒を円筒面方向に分極させることは困難で
、そのようなモータの入力インビーダンスは高いから電
源電圧も高くなることにも注意すべきである。入力イン
ピーダンスが高い理由は、そのようなモータは動作周波
数が低く、電極間隙が広いからである。更に、とのモー
タのねじれ振動する円筒形振動子が円筒の母線に沿って
振動速度の傾きを有するから、このモータの騒音、きい
きいいう音、が大きい。したがって、回転子と相互作用
するブツシャの端部における振動速度はブツシャの幅に
沿って異なるから、その結果として、モータの動作中に
ブツシャが回転子に対して滑ることになる。この滑りに
伴って大きな騒音が生じ、ｉ。

トルクが小さくなり、効率が低下する。そのためにそれ
らのモータに使用されるブツシャの幅は狭くされる（円
筒形振動子の母線の長さよりはるかに小さい）。ブツシ
ャの幅が狭くなると騒音の発生が減少するが、それと同
時にモータのトルクが小さくなり、効率が低下し７、か
つ寿命が急激に短くなる。

本発明は、圧電振動子を改良することにより発生トルク
が大きく、効率が高く、かつ寿命の長い圧電モータを得
ることを目的とするものである。

この目的およびその他の目的は、固定子と、この固定子
と相互作用する回転子とを備え、固定子と回転子の一方
は少くとも１つの圧電振動子を含み、この圧電振動子は
分極された圧電材料から作られて両面に電極が設けられ
る圧電素子と、少くとも２つのブツシャとを有し、前記
振動子中に音響振動波を励起させるために前記電極は電
源に接続され、前記各ブツシャの一端は前記振動子に固
定され、各ブツシャの他端は、固定子と回転子の少くと
も１つの摩擦作用面に押しつけられる圧電モータであっ
て、圧電素子は電極の表面に垂直な方向に分極され、圧
電素子の中で励起された縦方向の共振モード音響振動の
伝播方向が摩擦相互作用面に垂直であるように圧電素子
は位置させられる圧電モータにより達成される。

圧電素子は長方形の板に作ると便利である。

圧電素子は断面が正方形の片の形に作ることができる。

圧電素子は円筒またはその一部の形に作ることができる
。

圧電素子はリングまたはその一部の形に作ることが可能
である。

圧電素子は円板の形に作ることが可能である。

また、圧電素子はプリズムより成る円筒の形に作ること
も可能である。

圧電素子の少くとも１つの円筒面を殻で包むことも可能
である。

その殻の内径と外径は異ならせることができる。

その差は縦振動の波長の半分の倍数である。

更に、前記殻は機械応力の集中器の形に作ることができ
る。

ブツシャを圧電素子の１つの端面に少くとも固定すると
便利である。

各ブツシャは、互いに平行に位置されている圧電素子リ
ブに固定することもできる。

本発明のモータの別の実施例においては、ブツシャを圧
電素子の１つの円筒面に少くとも固定できる。

本発明のモータの圧電素子に溝を設けることが可能であ
り、それらの中にブツシャは固定される。

ブツシャはコンバンドにより圧電素子に固定させること
もできる。

ブツシャは殻に固定することもできる。ブツシャを一様
な厚さの板の形に作ることが望ましい。

ブツシャを厚さが可変の板の形に作ることも望まし７い
。

それらの板は長方形にできる。

それらの板は台形にもできる。

ブツシャは多層構造体とすることができる。

本発明のモータの別の実施例では、前記ブツシャの層の
間に遮音層を設けることができる。

ブツシャを棒状に作ることも可能である。

ブツシャの自由端部には耐摩耗層を設けることができる
。

ブツシャの長さは縦振動の長さの半分の倍数に・できる
。

圧電振動子が固定子上に配置される本発明のモータの別
の実施例においては、回転子は円筒の形に作ることがで
き、その円筒の側面にブツシャの自由端部が押しつけら
れる。

圧電振動子が固定子上に配置される本発明のモータの別
の実施例においては、回転子は円錐台形に作ることがで
き、この円錐台の側面にはブツシャの自由端部が押しつ
けられる。

圧電振動子が固定子上に配置される本発明のモータの更
に別の実施例では、回転子は、内部に前記振動子が配置
される中空円筒の形に作ると有利である。

更に、本発明のモータの更に別の実施例では、回転子は
少くとも１″″′円板を含み・そ０円板ｃ７）　　　　
　　ｇ。

１つの表面にブツシャが押しつけられる。

この場合には、少くとも１つの円板を軸線方向に移動さ
せるためにとりつけることができ、かつその円板をばね
により振動子に押しつけることができる。

本発明のモータにはもう１つの摩擦相互作用面を有する
別の回転子を設けることができ、その摩擦相互作用面に
は他のブツシャの端部が押しつけられ、それらのブツシ
ャの他端部は前記振動子に固定される。

この場合には、ブツシャの自由端部が摩擦相互作用面に
接触する角度は同じ符号を持つことができる。

前記ブツシャの自由端部が前記摩擦相互作用面に接触す
る角度は逆の符号を有することができる。

本発明のモータに、電源に接続されて角度位置を電気信
号に変換する変換器を設けることも可能である。

また、本発明のモータに、前記回転子と同軸状にとりつ
けられて、その回転子に対して回転できる可逆回転子と
、長方形板に作られて一端が固定子にとりつけられる２
つの別の圧電振動子を設けることも可能である。それら
２つの別の圧電振動子は、モータの前配回転子に動くこ
とができるようにして連結されている２つの圧力素子に
より、前記可逆モータと交互に摩擦相互作用する。

本発明の上記実施例によりモータの効率を３０％以上に
でき、個々のモータの寿命を３０００時間以上にでき、
１■以下の電圧で動作できるモータを製造できる。それ
らのモータは６００ｒｐｍからＵ時間に１回転までの範
囲で回転でき、１１００ｋｌｉｌ−ｔｙまでのメルクを
発生できる。小型で、応答が速いために、本発明の圧電
モータはテープレコーダ、レコードプレーヤー、おもち
や、自動装置、ロボット、補綴術などにおいて作動（パ
ワー）駆動装置として使用するのに適当である。

以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図に示す圧電モータは固定子１゛を有する。

この固定子１はモータの静止部であって、ベース２とボ
デー３を含む。ペース３はモータを取付金具−ヒの動作
位置にモータを固定させるためのものである。このモー
タは回転子４も含む。この回転子４はモータの回転部分
である。第１図に示すモータでは、回転子は圧電振動子
５を含む。この圧電振動子は分極された圧電材料から長
方形の板に作られた圧電素子６を有する。この板の両面
には電極７が配置される。撮動子５の中に弾性音響振動
数を励起させるために電極７は電源８に接続される。本
発明に従って、圧電素子６は電極７の表面に垂直な方向
に分極される（図では分極の方向は矢印Ｐで示されてい
る）。このモータには２個のブツシャ９が設けられる。

各ブツシャの一端は圧電素子板６のリブに固定されて、
ブツシャの前記端部は対角線上で向き合うリブ上に配置
されるようにする。ブツシャの他端部は摩擦相互作用面
１０に押しつけられる。この表面１０はモータのボデー
３の円筒内面の一部である。

本発明のモータの上記実施例においては、振動子５は圧
電素子板６の長さ方向に沿って励起される音響縦振動の
振動子（以下縦振動振動子と呼ぶ）。

この縦振動では、共振モード音響縦撮動波の伝播方向が
圧電素子６の縦軸に一致する。（共振モード音響縦振動
の伝播方向は図面に矢印りで示されている。） （この明細書における「共振モード音響縦振動」という
用語は、ある粒子から別の粒子への機械エネルギー伝達
の方向、すなわち、弾性波の伝播方向、における粒子変
位の最大振幅が生ずるような周波数を有する音響撮動を
意味し、したがって音響縦振動の振動子は、その振動子
の幾何学的寸法の１つに沿って共振モード音響縦振動を
励起できるような撮動子である。） 本発明に従って、振動子５の内部に励起された共振モー
ド音響縦振動の伝播方向（第１図では圧電素子板６に沿
う方向）が摩擦相互作用面ＩＯの長手方向に垂直である
ように、振動子５は位置させられる。

圧電素子６の長手方向に沿って振動が伝わる縦振動振動
子５においては、圧電素子６の幅方向に沿う振動速度の
傾きは存在しな“・これ力゛・ブ″′ｉ。

シャ９をその幅全体に沿ってとりつけることかできる理
由である。これにより回転子４と固定子１の間の摩擦接
触面を広くでき、それによりモータ・トルクをその広さ
の増加に比例して大きくし、撮動子５の負荷整合を改善
し、それによりモータの効率を高くする。そしてとのモ
ータを小型・軽量にできる。

撮動子５を有する回転子４の慣性モーメントは通常は固
定子１のそれよりも小さい。したがって、撮動子５が回
転子４の上に配置されるモータの応答速度は高い。しか
し、そのようなモータの回転子４は角変位だけを行うこ
とができて回転はできない。その理由は、さもなければ
電極７のリードがねじれて、切れてしまうからである。

これを阻止するために、回転子に集電子１２を設けねば
力らない。しかし、そうするとモータの構造が複雑にな
る。

第２図には、圧電素子６が正方形の板の形に作られ、ブ
ツシャ９がその板の横のリブに固定されているモータの
実施例を示す。

第１．２図に示されている２つの実施例においては、振
動子５はモータの軸に固定される。この軸はボデー３の
軸受により支持される。軸と軸受は第１．２図には示さ
れていない。

振動子５を固定子１のベース２の上にと９つけた本発明
のモータの実施例も可能である（第３゜４図）。そのモ
ータでは回転子４けスリーブ状に作られ、振動子５はリ
ング状に作られる。このスリーブは軸１３にとりつけら
れて、回転子１のベース２に圧入され、各ブツシャ９の
一端部がリングの外部側面に固定され、他端部が回転子
４の内部円筒面に押しつけられる。その円筒面は摩擦相
互作用面ＩＯである。厚さ方向に分極されているリング
の平らな表面に電極７がとりつけられる。この場合には
撮動子５は縦振動振動子であって、リングの半径に沿っ
て縦振動が励起される。すなわち、半径方向撮動は一種
の縦振動であるから、この振動子は半径方向振動振動子
である。この実施例においては、その振動の伝わる方向
は表面１０に垂直である。

固定子１のベース２の上には振動子保持器１４が設けら
れる。この保持器１４は輪状突出部の形に作られ、その
保持器１４に溝が設けられる。モータの運転中は圧電素
子の回転を阻止するように、ブツシャはそれらの溝の中
に配置される。軸線方向では振動子５は、一方の側がペ
ース２により、他方の側がワッシャ１５と回転子４およ
び保持リング１６により、所定位置に保持される。

本発明に従って、このモータの縦振動振動子の圧電素子
は種々の形に作ることができる。すなわち、圧電素子は
正方形板（第５図１’ｌ、長方形板（＠５図ｂ）、棒（
第５図ｅ）、中空円筒（第５図１）、円板（第５図ｆ）
、リング（第５図ｊ）、リングの一部（第５図Ｃ）、円
筒の一部（第５図ｇ）、リングの別々の部分から作られ
た複合リング（第５図ｄ）、または別々のプリズムで構
成された複合円筒（第５図ｋ）の形に作ることができる
。圧電素子の電極７はそれらの圧電素子の向き合う表面
、たとえば、平行面（第５図ａ、ｂ、ｅ。

ｋ）、平行円筒面（第５図’＊ｇ＋ｉ）、または平行な
平ら表面（第５図Ｃ＋　ｆｅ　ｈ＋　ｊ）に配置される
。

本発明に従って、本発明のモータの実施例にお層ては圧
電素子は電極の表面に垂直な方向に分極される。それら
の電極が電源に接続されると、音響振動を励起する電界
の強さのベクトルが圧電素子の分極の方向に一致する。

これは縦方向の音響振動を電気的に励起するために必要
である。

長方形の板（第５図１’ｌ）または円板（第５図ｆ）と
して作られた圧電素子により、電極７をそれらの板の広
い表面上に配置できる。これによりモータの電源電圧を
低くできる。

圧電素子を多層構造（第５図ｈ）とすることにより電源
電圧を一層低くできる。

消費電力が少く、トルクの大きいモータの場合には、圧
電素子はリングの一部（第５図Ｃ）または中空円筒の一
部（第５図ｇ）の形に作ると都合がよい。

モータの出力を大きくするためには圧電素子はυ″部９
第５１Ｊｄ　）ｔ；ｅｕｙす′１（第５１　　　　１゜
ｋ）から作られる。圧電素子が円筒面を有するものとす
ると、それらの面に殻１７を被覆することがで肖る。

機械的な強度を向上させるために、殻１７をリングの外
部円筒面に配置できる。（この場合には前記殻はリング
状に作ることができる。）本発明のモータの圧電振動子
は電極とリードを有する圧電素子を含み、前記殻は圧電
素子の円筒面を包む。

圧電素子の表面にとりつけられている電極にはたわみリ
ード１１が接続される。

本発明のモータの改良は、圧電振動子が縦振動振動子の
形に作られ、ブツシャがその振動子の縦振動共振モード
の最大振動速度を有するリプすなわち表面にとりつけら
れるようにすることである。

本発明のモータの別の実施例では、ブツシャ９は圧電素
子の面（第６図ａ）、すなわち、その端面の１つ（第６
図１）、またはその２つの端面（第６図Ｃ＊　ｋ＋　”
＋　ｐ＋　ｑ　ｌにとりつけることができる。ブツシャ
９は圧電素子６の平行なリプにとりつけることもできる
（第６図す、ｄ、ｏｌ。

圧電素子６が円板またはリングの形に作られる場合には
、ブツシャ９はなるべく円筒面、すなわち、外部円筒面
（第６図ｅｌ　ｆ）、内部円筒面（第６図ｇ）、または
外部と内部の円筒面（第６図ｈ）にとりつける。

ブツシャは圧電素子の表面に垂直に（第６図ａ。

ｅ＋　ｆｅ　ｇ＋　ｈ＋　ｊ＋　ｋ＋　ｌｌ＋　ｍｅ　
ｎ＋　Ｐ＋　Ｑｌ、または傾斜して（第６図ａ、ｂ、ｄ
、ｌ、ｏ）位置させることができる。

圧電素子の円筒面に殻１７が設けられると、ブツシャ９
はその殻の上に配置できる（第６図ｇ）。

殻１７は一般に金属、たとえば鋼で作られる。本発明に
従って、ブツシャの端部において撮動の速度を向上させ
るために、殻の内径と外径の差が、振動子内部で励振さ
れた縦振動の共振モード波の長さの半分の倍数となるよ
うに、殻の内径と外径の差が選択される。殻１７を機械
的応力集中器１８（第６図ｊ）の形に作ることにより一
層高い速度を得ることができる。応力集中器１８は、そ
の半径が大きくなる向きに収束するような断面、たとえ
ば台形の断面、を有するリムである。振動速度が高く々
ると、本発明のモータの回転速度が高くなる。

ブツシャの端部は圧電振動子に種々のやり方で固定でき
る。

振動子５には溝１９（第７図ａ、ｃ）を設けることがで
きる。それらの溝１９の中にはブツシャ９の端部が固定
される。溝１９は圧電素子６だけ（第７図ａ）、または
殻１７　（第７図Ｃ）に設けることができる。

たとえばエポキシ樹脂をペースとするコンパウンドの層
でブツシャを固定するようにした本発明のモータの実施
例も可能である。これによ妙モータの製作が簡単になり
、圧電素子の強度が高くなる。

本発明のブツシャなるべく棒状に作る（第７図ｆ）。

本発明に従って、殻１７は種々のやり方で圧電素子６に
固定できる。たとえば、殻１７は圧電素子に圧入でき（
第７図Ｃ）、または圧電素子に接合できる（第７図ｄ）
。ブツシャは前記数の中で接合（またははんだづけ）さ
れ（第７図ｃ）ｆたはそれに溶接される（第７図ｄ）。

殻はブツシャにより形成できる（第７図ｅ）。これは実
際に用いられる実施例の１つでもある。プリズムで構成
された圧電素子を有する振動子においては、ブツシャは
接着剤で固定され、その間に撮動子が組立てられる。

とのモータの寿命を永くするためにブツシャの自由端部
に耐摩耗層加が設けられる（第７図ａ）。

この耐摩耗層は、たとえば炭化タングステン、炭化チタ
ンなどをペースとする材料で構成できる。

騒音を減少するために耐摩耗層（イ）は一般に有機化合
物またはプラスチック材料から作られる。この場合には
この層は成型により付着される（第７図ｂ）。

ブツシャを殻に固定する方法は、技術的観点から最も適
当なものに依存して選択すべきである。

利点の面ではそれらの例の全てはほとんど等しい。

一般に、ブツシャは一様な厚さの薄鋼板から作られるが
、プラスチック材料、たとえば紙をペースとするラミネ
ートから作ることもできる。

金属製ブツシャの厚さは振動子内で励起された音響振動
の波長の１／４０をこえないが、プラスチック材料製の
ブツシャの厚さは前記波長の１／２０をこえない。ブツ
シャの変形例の主なものを第８図に示す。

本発明のモータのブツシャはなるべく長方形板（第８図
ａ）として作るか、台形板（第８図ｆ）として作る。ブ
ツシャは打抜かれた補強リプを有することもできる（第
８図ｂ）。

台形板として作られたブツシャにより、ブツシャがモー
タにとりつけられる時にブツシャの曲９がまちまちにな
ることを減少でき、振動子を固定子に固定することが容
易になる。振動子を固定子に固定するためにブツシャに
は突起が設けられる（第８図Ｃ）。ブツシャを端部で分
割し、その端部を僅かにひき離すことにより（第８図ｄ
）ブツシャとコンパウンドの間の接合が良好になる。こ
れと同じ目的で、ブツシャの端部に通し穴を設けること
ができる（第８図ｅ）。２つの回転子と同時に相互作用
するブツシャにおいては、そねらのブツシャの中間にス
ロットが設けられる（＠８３図ｇ）。

ブツシャは厚さが可変の板として作ることができる。そ
の厚さけブツシャの自由端部へ向って薄くなる。ブツシ
ャをそのような構造にすることにより、ブツシャの曲り
のまちまちなのを減少できる。

ブツシャを多層構造体とすることも可能である（第９図
ａ）。この場合にはいくつかのブツシャが１つの同じ溝
の中に挿入される。更に、ブツシャが紙で作られるとす
ると、ブツシャの金属板は、良好な音響減衰性を有する
有機材料から作られた遮音層２１の間にブツシャの金属
板をはさむことができる。これによりモータの騒音が小
さくなる。

ブツシャは何枚かの金属板で作ることができる（第９図
Ｃ）。こうすることによりモータのトルクを増大できる
。゛それらのブツシャを遮音層２】で絶縁すると都合が
良い（第９図Ｃ）。

それらの遮音層２１は互いに機械的に接合したり、隔て
たりできる。後者の場合には、回転子（凍たけ固定子）
の摩擦相互作用面にブツシャから加えられる圧力は数分
の１に減少させられる。

プッシャが振動子の外面にとりつけられると、ブツシャ
の長さがモータの寸法を決定する。したがって、ブツシ
ャの長さは振動子内で励起された音響振動の波長の１／
８およびそれ以下の範囲内で選択される。モータの寸法
が制限され々い場合には、ブツシャの長さを前記波長の
半分の倍数にすると都合が良い。こうすることにより最
大のトルクが得られ、オたは回転子の回転速度が最大に
なる。

固定子または回転子にとりつけられた時は、振動子の半
径方向変位が最小で、回転軸に対する角度変位が最小で
あるから都合が良い。

円板またはリングとして作られた圧電素子を有する振動
子は、たとえばゴム、フッ素樹脂などのような遮音材料
から作られた円錐形ホルダ（第１Ｏ図ａ）により固定さ
れる。この場合には、一方のリングを弾性材料（ゴム）
で作り、他方のリングを比較的硬い遮音材料、たとえば
フッ素樹脂で作るとよい。

振動子をゆるくとりつけてボデーの中で撮動子が僅かに
動くことができるようにすることにより、モータの構造
がもつと簡単になる。したがって、円板の形に作られた
振動子をゆるくとりつける場合には（第１Ｏ図す、ｃ）
、固定子または回転子には振動子を所定位置に保持して
、振動子が半径方向に動かないようにするためにアレス
タ２３（第１０図す、ｃ）が設けられる。第１０図すに
示されているアレスタｎはくぼみであって、このくぼみ
の中に円板形の振動子が入れられる。第１０図Ｃに示さ
れているアレスタｎは突起状であって、リング状の振動
子により囲まれるようになってｂる。

第１１図ａと第３．４図に示されているように輪状のホ
ルダー１４によって振動子の角度変位を阻止できる。

ホルダー１４の代りにビン２４（第１１図ｂ）を用いる
ことかできる。それらのピンＵは、ブツシャを　　　　
　１振動子にとりつけている場所を囲んでいる円の中に
位置させられる。

ブツシャに設けられている突起（第８図Ｃ）が固定子ま
たは回転子に設けられている突起またはくぼみ（第１２
図）を押すように、ブツシャに設けられている突起で振
動子の前記角度変位を阻止することもできる。

台形の板（第８図ｆ１第１３図）に作られて、グツシャ
が固定されている振動子は同様なやり方でとりつけられ
る。

本発明のモータでは圧電振動子５は固定子または回転子
のいずれかにとりつけることができる。

この場合には、本発明に従って前記振動子は、共振モー
ド縦音響振動が伝わる方向が摩擦相互作用面に垂直であ
るように、とりつけられる。

振動子が回転子にとりつけられる時は、ブツシャは圧電
素子の１つの端面に固定され（第６図！）、回転子は軸
にとりつけられた円板の形に作られる（第１４図ｅ）。

ブツシャが両方の端面にとりつけられる振動子の場合に
は（第６図に、ｐ）、回転子には軸にとりつけられる２
つの円板が設けられる（第１４図ｆ）。ブツシャが回転
子に加える圧力は、本発明によれば、少くとも１つの円
板が軸線方向に移動するようにとりつけられ、かつばね
により振動子に押しつけられることによって制御される
。

回転子の構成材料に対して課される主な要求は高い耐摩
耗性を有することである。しかし、この要求は回転子の
うち摩擦相互作用が行われる表面に相当する部分につい
てのみ課される。したがって、技術的観点からは、回転
子のこの部分は回転子のボデーに圧入される耐摩耗リン
グ２６（第１５図）、の形に作ることが便利である。こ
のリングあは鋳鉄、鋼、鉱物質セラミック材料、炭化金
属をペースとする材料、または硬質の耐摩耗材料たとえ
ば紙をペースとするラミネートなどから作ることができ
る。回転子の残りの部分はたとえばディ７０ン（ｄｉｆ
ｌｏｎ）のようなプラスチックからなるべく作る。

ブツシャはその弾性により摩擦相互作用面に押しつけら
れる。（第１６図ａには、リングにとりつけられる前の
ブツシャの位置が破線で示されている。） 曲ることがないようにブツシャがもろい材料で作られて
いる時は、摩擦相互作用面は円錐形（第１６図ｂ）オた
は平ら（第１６図ｃ、ｄ）に作られる。

この場合にはブツシャは回転子の重量により摩擦相互作
用面に押しつけられ（第１６図ｂｌ（その重量は図では
秤のおもりで表されている）、！、たけ磁界により押し
つけられる。ブツシャはばね２７により（第１６図ｄ）
摩擦相互作用面に押しつけることもできる。

本発明のモータへは、従来のやり方、たとえば軸５を用
いて負荷をかけることができる（第１４図ａ、ｂ、ｅ、
ｆｌ　ｅ％第１５図、第１６図ｃ、ｄ）。

このために回転子の外部円筒面を用いることもできる。

その外部円筒面にはベルトまたは摩擦輪（図示せず）に
より負荷がかけられる。更に、この表面の一部は歯つき
輪の形に作ることができる（図示せず）。

振動子にとりつけられる各ブツシャの自由端部は摩擦相
互作用面に接触し、この作用面に対しである角度αで傾
斜させられる（第１６図ａ）。

ブツシャが頑丈な構造の場合には、角度αは夷摩擦相互
作用面に接して、ブツシャとその面の間の接触線を通っ
て延びる平面とブツシャの面との間に成す角＃である。

わん曲した（弾性）ブツシャの場合には角度αは、ブツ
シャの曲っている表面に接触して、ブツシャと摩擦相互
作用面との間の接触線を通って延ひる平面と、前記相互
作用面に接して、前記接触線を辿って延びる平面との間
に成す角度である。

圧電モータの１０１転子の回転速度ωと、そのトルクＭ
はこの角度αに対して次のような関係を有する。

（ＩＩ　＝Ｋ　Ｉ　Ｕ’　／。。ｓ　ａ　　　　　　　
　　（１）Ｍ−に２Ｕｃｏｓα（２） ここに、Ｋ１．　Ｋ２はモータの構造に関係する係数、
Ｕは電源電圧である。

、、７．ヤ７８□□い９ゎ、。。、３ｏ　　　町るから
角度αを４０〜５０度の範囲で選ぶとよい。また、全て
のブツシャに対して角度αを等しくすることも都合が良
い。そのような構造とすることにより、モータの動作中
にブツシャが滑ることが防止される。

以上の説明かられかるように、本発明のモータはたとえ
ば第１７．１８．１９図に示されているようにして作る
ことができる。

まず第１７図を参照して、本発明の圧電モータはリング
の部分から作られた振動子５を有する。リングの間には
ブツシャ９が配置される。この振動子はりんによりポル
）２８を用いて締めつけられる。

音響の損失を小さくするために、りんと振動子５の間に
リング状のゴム製遮音層四が設けられる。

そのような構造の振動子により、圧電素子の製作に用い
られる圧電材料を不必要にむだにすることなしに振動子
の体積を大きくできる。

第１８図には本発明のモータの別の実施例が示されてい
る。この実施例は第６図ｋに示されているような中空円
筒振動子５を有する。その中空円筒の両端面にはブツシ
ャ９がとりつけられる。各ブＩ　　Ａ１１　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　、＾
４ツシャは一端が固定される。この振動子における共振
モード縦振動の方向は円筒の母線に平行である。回転子
４は軸５を有し、この軸部には２つの円板が同軸状にと
りつけられる。

円板の端面のうち振動子５に面している端面に摩擦相互
作用面１０が設けられる。その摩擦相互作用面１０には
ブツシャ９の自由端部が押しつけられる。この実施例で
は２つの摩擦相互作用面１０が設けられる。各摩擦相互
作用面は共１辰モード縦撮動の方向に垂直である。軸５
の軸線に沿って動くように１つの円板が軸部にとりつけ
られる。その円板はばねｎにより振動子５に押しつけら
れる。振動子５はリング状に作られている遮音層四によ
りボデー３の中に固定される。

本発明のモータの独特の構造を第２２図に示す。

このモータの振動子５は板状の圧電素子６（第６図ａ）
を有する。その側面の１つにブツシャ９の一端が固定さ
れる。圧電素子６（第１９図）は円筒の一部の形に作る
こともできる（第６図ｋ）。回転子４は互いに固定され
る２つの円板を有する。

（４２） それらの端面のうち振動子５に面している端面には２つ
の摩擦相互作用面が設けられる。振動子５は、ブツシャ
９の自由端部がそれらの円板の前記表面に押しつけられ
るように、固定要素間により前記２つの円板の間のスペ
ースの中に設けられる。

固定要素（ト）はモータの固定子１の上に配置される。

第（イ）、２１図には本発明のモータの別の実施例が示
されている。この実施例は長方形板として作られている
圧電素子６を有する振動子５を有する。

第ｎ、６図に示されている実施例では圧電素子６は正方
形の棒として作られる。

それらの実施例の特徴は、本発明のモータが別の回転子
３１を更に含み、その回転子の一ヒに別の摩擦相互作用
面３２が設けられることである。回転子３１は別の軸３
３にとりつけられる。この場合にはいくつかのブツシャ
９の自由端部が表面３２に押しつけられ、他端部が撮動
子５に固定される。それらの実施例では、共振モード縦
振動が振動子の長手方向に沿って励起され、その振動の
伝播方向は２つの面１０．３２に垂直である。

第２４図には本発明のモータの別の実施例が示されてい
る。この実施例では、振動子５はリング状の圧電素子６
を含み、そのリング状圧電素子６の内面と外面にブツシ
ャ９が固定される。振動子５は固定子１に対して回転す
るようにとりつけられ、かつ軸５に連結される。固定子
１は摩擦相互作用面ｌＯを有する。その作用面１０には
、圧電素子６の外部円筒面上に設けられているブツシャ
９が押しつけられる。軸部にとりつけられている前記振
動子５は実際にモータの回転部分すなわち回転子４であ
る。本発明に従って、モータには別の回転子３１が設け
られる。その回転子３１の上には別の摩擦相互作用面３
２が設けられる。圧電素子６の内部円筒面に設けられて
いるブツシャ９が前記摩擦相互作用面３２に押しつけら
れる。回転子３１は中実円筒に作られ、別の軸３３にと
りつけられる。

第５．２６図に示されているこの実施例によれば、回転
するために撮動子５は固定子１にとりつけられる。ブツ
シャ９は圧電素子６の外部円筒面に固　　　　　ｉ。

定され、かつ２つの円の中に位置させられる。振動子５
は１１ぼモータの回転子である。１列のブツシャ９が固
定子１上の摩擦相互作用面１０に押しつけられる。他の
列のブツシャ９は、スリーブの形に作られてモータの軸
に連結されている別の回転子３】の上に設けられている
別の摩擦相互作用面３２に押しつけられる。

ブツシャ９（第ｎ図）は、ブツシャ９の自由端部が対応
する摩擦相互作用面に対して成す角度αは同じ符号とす
ることもできれば、逆の符号とすることもできる。（角
度αの符号は、この角度αが時計回りに増加する時に正
、逆時計間りに角度αが増加する時に負と宇める。）角
度αの符号が同じであると（第ｎ図ａｌ、軸の回転速度
は零近くまで低下し、角度αが逆であると（第ｎ図ｂ）
回転速度は２倍になる。

本発明のモータは連続モードと段階的モードの双方で動
作する。段階的モードの場合には、回転子の個別の角度
位置を電気信号へ変える変換器あ（第２８．２９．３０
図）が設けられる。この変換器讃は振動子の電源に接続
される。

（４５）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
、八〇この変換益田の一例を第四図に示す。この例では
、変換益田は細組かの接点３５．３６を有する。それら
の接点は回転子４に設けられている。１個またはそれ以
上の突起またはくぼみ開と協働する。

変換器３４にはモータの始動接点３９　、−１０も設け
られる。

変換器鯛の別の例を第四図に示す。この例では接点の数
を減少するために突起３７（またはくぼみ）を長くする
。この場合には長くされた突起３７は３個の接点より成
る接点群４１と相互作用する。接点群４１は直流電源４
２に接続されて、モータの撮動子中に音響振動子を励起
する交流電源８に電力を供給する。

変換器３４の更に別の実施例（第加図）では、変換器３
４は回転子４０を始動させる始動器４３に接続される。

始動器４３の最も簡単な構造は、電源４２に接続されて
いる前記電源８をモータの振動子に接続し、またはモー
タの振動子に接続されている電源８を電源４２に接続す
るキーである。

変換器讃はリードリレー４４で構成できる。この（４６
） リードリレーは別の直流電源４５に接続される（東側図
、この図には変換器３４の別の例も示されている。

とのモータの信頼度を向上させるために、変換器３４は
たとえば誘導コイル４６またはマグネト・ダイオード４
７を用いる無接点誘導型にできる。変換器３４は光電型
とすることもできる（第閏図には示していない）。

第３１　、３２に示されている本発明のモータの更に別
の実施例においては、回転子４に対して相対的に回転で
きる可逆回転子４８が回転子４と同軸に設けられる。こ
のモータは長方形板として作られた２つの振動子４９．
５０も含む。それらの振動子４９゜ダ）は圧力素子５１
．５２をそれぞれ有する。圧力素子はたとえば平ばねで
構成できる。圧力素子５１　、５２はピン５３により回
転子４に動くことができるようにして連結され、振動子
４９．５０を回転子４に交互に摩擦相互作用させる。

回転子４には接点群４１と相互に作用する突起３７が設
けられる。モータの振動子４９．５０は、突起３７と交
互に相互作用することができるスイッチ５５により別の
電源５４に交互に接続される。振動子５を電源８に接続
し、電源８を電源４２へ接続するための接続図は第２９
図に示されている接続図に類似する。

次に本発明のモータの動作を説明する。振動子５の共振
縦振動の振動数に等しいか、それに近い周波数を有する
交流電圧が、電極の表面まで通常分極されている圧電素
子６の電極７へ電源８から与えられる。そうすると逆圧
電効果により領域粒子の変形が起る。その結果として、
圧電素子中に縦方向に移動する波が生ずる。その理由は
、この波の波面は粒子が移動させられる方向に伝播する
。

粒子移動波は圧電振動子の境界面達すると、その一部は
その境界面から反射され、一部はブツシャ９の中に入っ
てゆく。ブツシャ９の中に入ってゆ〈波の部分はその自
由端部に達し、その自由端部で一部の波は反射され、一
部は表面ＩＯと相互作用　　　　　　ｉして横振動に変
換される。その横振動は、この特別な場合には、回転子
に押しつけられているブツシャ９の自由端部の曲り振動
である。反射された縦振動の一部は圧雪、素子６へ戻り
、そこで圧電素子６内で励起されている振動波に組合わ
されて定在波を生ずる。この定在波の振幅は、振動子５
の長手方向で共振振動モードの伝わる向きにおける共振
振動数において最大となる。

このように１．て発生された横（たわみ）振動波はブツ
シャが圧電素子にとりつけられている場所まで伝わり、
そこでほぼ完全に反射されて逆戻りを始める。それらの
波は励起されたたわみ波に組合わされて、ブツシャ中に
たわみ振動の定在波を形成する。これら縦振動とたわみ
振動の定在波のためにブツシャの自由端部、もつと正確
にいえば、モータが停止させられている時に摩擦相互作
用面に接触するブツシャの点、が動かされるから、振動
の１周期中にそれらの点はその作用面に沿って往復運動
させられる。それらの点が摩擦相互作用面を押す力は縦
振動と横振動の位相差に関係する。

この位相差が零の時は、固定子にブツシャが押しつけら
れる平均の力は両方向で等しいから、固定子と回転子の
間で作用する平均接線力も零に等しい。しかしその位相
差が零でなければ、ブツシャが１つの向きに動く時に発
生される平均の力は、ブツシャの端部が逆の向きに動く
時に発生される平均の力に等しくないから、振動子５の
撮動の１周期の間に１つの向きの接線力パルスが発生さ
れることになる。その接線力パルスは回転子に加えられ
ると他の周期の接線力パルスに組合わされて回転子を１
つの向きに回転させる。

縦振動と横振動の間の零位相差は系の不安定な状態を決
定するから、振動子の励起周波数がわずかな変化も零以
外の位相差を生じさせるのに十分である。電源の周波数
がその最初の値に再び修正されると、回転子が回転して
いる間は、摩擦相互作用面ｌＯが設けられているモータ
部分から振動子へ、縦振動と横振動の間の位相差を変化
させるありアクタンスが導入されるから、ひとたび現わ
れた位相差は決してなくならない。

以上の説明かられかるように、回転子が回転する向きは
、位相が零から２πまで変えられる時の位相差の符号に
Ｉｖｊ係する。これは、摩擦相互作用面１０にブツシャ
が加える圧力による垂直の力が、縦振動と横振動の垂直
成分により発生される力より小さい時に、高い電源電圧
に対しては本当である。しかし、実際には、この場合に
はブツシャにより加えられるいずれの押圧力を小さくし
てトルクを小さくせねばならず、さもないと圧電素子が
過負荷となって破壊されをことがあるから、前記の条件
を満すことは得策でない。

したがって、効率を最高にして最大のトルクを得るよう
にブツシャの押す力は実験により選択される。ブツシャ
がその弾性で固定子に加える圧力は、ブツシャの自由端
部が弾性振動波により摩擦相互作用面に加えさせられる
力の垂直成分より大きくなければならない。この場合に
は回転子は第１．２図に矢印で示されている向きだけに
回転する。

振動子５がペース２にとりつけられるモータ（第３図）
では、振動子５は固定子１に対して、したがって電源８
に対して静止しているために集電子を必要としない点を
除き、とのモータは第１゜２図を参照して説明したモー
タと同じ動作を行う。

本発明のモータの全ての可能な実施例の動作は以上説明
した動作に類似するから、各実施例の独特の構造に伴う
諸特徴についてだけ以下に説明することにする。

本発明のモータは、振動子中で縦振動が電気的に（すな
わち、電位の作用の下に）励起され、その撮動の一部が
（摩擦接触により）機械的に横振動へ変換させられ、そ
の横振動が縦振動に組合わされて回転子を回転させるよ
うに構成されている。

しかし、振動子中で縦振動を電気的に励起するためには
、最初に圧電素子中で振動を励起せねばならない。励起
させられる振動の型式は圧電素子の形に関係しない。し
たがって、圧電素子の形はモータに対して行われる要求
に応じて定めることができる。たとえば、平らな形のモ
ータの場合は圧電素＋１棒状（１゛１°ｌｔ？ｃｉ１″
′筒状３第゛　　　　　ｉ、図１）に作られる。トルク
が比較的大きい小出力モータの場合には、圧電素子は板
状（第５図ｇ。

ｈ）、リングの一部（第５図ｃ）、または中空円筒の一
部（第５図ｇ）の形に作られる。大出力モータの場合に
は、圧電素子は別々のブロック、プリズム、リング、円
板などから作られる（第５図ｄ、ｋ）。その場合には、
それらの構成部品の接合の強度は圧電素子に圧入された
殻１７　（第５図ｄ）により大きくされる。圧電素子の
構造がどのようなものであっても、電極はその圧電素子
の両面にとりつけられる。それらの電極に加えられる、
その圧電素子の構成材料の分極に抗する力を圧倒する強
さを有する直流電圧により、圧電素子は分極される。そ
の分極の向きは電極７の表面に垂直である。これは圧電
素子したがって振動子の内部で縦方向の弾性振動を励起
するのに必要な条件である。

第５図に示されている圧電素子の各側においては、共振
モード縦振動はいくつかの方向に励起できる。たとえば
、板状の圧電素子では長さ方向、幅方向、厚さ方向であ
轢、円板状圧電素子の場合には半径方向と厚さ方向、リ
ング状圧電素子の場合には半径方向と幅方向および厚さ
方向である。

縦振動を圧電振動子からブツシャへ拡散させるためには
、ブツシャを共振モード縦振動の方向にほぼ沿う表面に
固定すべきである。第６図ｇに示されているように、ブ
ツシャは圧電素子６の側面（端面）に固定されているか
ら、圧電素子６内の縦振動は板の幅方向に励起させねば
ならない。振動が破線矢印で示されているように板の長
手方向に沿って励起されるものとすると、その振動はブ
ツシャ９へは伝わらない。第６図Ｃに示す棒状圧電素子
では、その長さ方向に振動が励起される。

この場合には、その棒の幅方向または厚さ方向に励起さ
れた振動はブツシャ９までは拡がらない。

ブツシャ９がリブに固定されている圧電素子（第６図ｈ
）では、その長さ方向と幅方向に振動が励起された場合
に、縦振動がブツシャまで伝わる。

正方形板（第６図ｄ）とプリズムの組合わせ（第６図０
）の圧電素子の場合には、縦振動は正方形またはプリズ
ムの対角線と辺に沿って励起される。この場合にはそれ
ら２つの方向の共振振動数は実際には識別されない。そ
の理由は、それらの方向で共振が機械的に強く結合され
るからである。

円板形（第６図ｊ、ｅＪとり／グ状（第６図ｇ。

ｈ、ｆｌの圧電素子の場合には縦振動は半径方向に励起
される。リング状圧雷、素子（第６図ｇ＋ｈ＋ｆ）の場
合には、半径方向振動は別にして、リングの幅方向に縦
振動を励起することが可能である。

薄肉の円筒状圧電素子（第６図に、ｐｌまたは円筒の一
部の圧電素子（第６図ｍ）の場合には、ブツシャを円筒
面に固定することは困難である。

したがって、それらのブツシャを１つの端面（第６図ｅ
）または２つの端面（第６図ｐ、ｋ）に固定するとよい
。

薄肉の円筒状圧電素子（第６図Ａ’＋　ｐ＋ｋ）の場合
にブツシャに縦方向振動を励起させるためには、円筒面
の母線に沿って縦振動が励起される。

それらの振動子は、細いブツシャが端面に固定されてい
る棒状（第６図ｍ）または板状（第６図ｑ）の振動子に
類似する。中空円筒振動子の利点は、回転子４の軸２５
（第１８図）をその振動子の内部に配置できることであ
る。

共振モード縦振動の伝播方向が動作周波数ｔ’ｆ決定す
る。その動作周波数は次式から求められる。

ｆ＝Ｎ／Ｓ　　　　　　　　　　　（３）ここに、Ｓは
共振モード縦振動の伝播方向に垂直な圧電素子表面の間
の距離（半径方向振動場合にはその距離は円板またはリ
ングの距離に等しい）であるが、振動子が殻を有する時
はＳはその殻の直径、Ｎは使用している圧電材料の周波
数定数である。

原理的には、圧電素子の１つの円筒面に殻が存在しても
（第５図ｄ、第６図ｇ、Ｉ）モータの動作に影響を及は
さない。弾性振動は圧電素子から前記殻まで、更に、ブ
ツシャまで自由に伝わる（第６図１）。

殻をリム状またはブツシュ状に作り、その幅をλ／２　
（λは縦振動波の波長）の倍数とすること　　　　　　
　−によりモータの発生トルクを多少大きくできる。

殻の直径を大きくした時に殻の厚さを薄くするように殻
を作ることにより、振動子が設けられている回転子の回
転連層を高くでき、負荷との整合をよくとることができ
る（第６図ｊ）。これによりモータの効率が高くなる。

このモータの動作はブツシャ９の形、それらのブツシャ
を圧電素子にとりつける方法、ブツシャの数などによる
影響も受けない。たとえば、モータのパラメータがブツ
シャの固定方法により影響を受けるということは観察さ
れていない。ブツシャ９の数が増すとモータのトルクが
大きくなるが、そのために電源電圧が高く々る。耐摩耗
層２０（第７図１．ｂ）が存在するとブツシャの岸耗が
減少し、その層間がプラスチック製であればモータの発
生騒音も減少する。

ブツシャの形は（第８図）けモータのパラメータにほと
んど影響しないから、モータの構造の決定、とくに技術
的問題の解決に際してブツシャの形を自由に決められる
。

たとえば、溝を有する輪状の突起の形の振動子保持器１
４（第■１図ａ）を作ることが技術的に困難であれば、
ブツシャを突起を有する形（第８図Ｃ）にしたり、台形
（第８図ｆ）にしたりできる。固定子１の固定子１のベ
ース２に溝が設けられ、ブツシャの突起を、そしてブツ
シャが台形の場合にはその角度縁部をそれらの溝の中に
入れることができる。

ブツシャに接着剤を受けるスリットまたは穴を設けるこ
とにより（第８図ｄ＋ｅ）、圧電素子とブツシャの間の
接合強度を大きくでき、それによって圧電素子とブツシ
ャの間の接合を更に強くできる。

モータのパラメータを変えることなしに溝の数を減すこ
とができる。これは２つまたはそれ以上のブツシャを１
本の溝の中に挿入することにより行われる（第９図ａ）
。ブツシャに遮音層を設けることにより（第９図ｍ）、
固定子と回転子の間の摩擦相互作用円筒面の表面が粗い
ために生じている騒音を小さくできる。

振動子内で共振モード縦振動が励起されると、振動子の
取りつけ金具によりそのエネルギーの−部が吸収される
ためにモータの効率は低くなる。

そのような損失を減少するために遮音材料から円錐形の
保持器２２（第１０図ａ）が作られる。この保持器の横
断面は三角形であって、その三角形の頂点が振動子を押
す。保持器の壁に対して狭い間隔をおいて振動子５を保
持器の中にとりつけると（第１０図ｂ）、吸収されるエ
ネルギーは更に小さくなる。

振動子の振動最大振幅は通常は５〜３０ミクロンの範囲
であるから、岸擦相互作面の粗さは１ミクロン以下でな
ければならない。理想的にはその表面は平滑でなければ
ならない。その表面の粗さが小さいほどモータの騒音発
生量が減少する。これらの特別な要求を考慮に入れ、か
つ機械加工を容易に行えるようにするために、摩擦相互
作用面は円筒面、円錐面または平面に作られる。第１と
第２の場合にはこの摩擦相互作用面は一般にモータ軸と
同軸にされる。

回転子が円板状に作られ、その円板に平らな摩擦相互作
用面ＩＯが設けられるものとすると（２ｇ１４図ｅ、ｆ
）、ブツシャをプラスチックで作ることがで六る。その
ようなブツシャは弾力的に曲げることができないから、
モータの動作時は回転子の円板をブツシャ９に押しつけ
ねばならない。回転子円板はたとえばばね２′７（第１
６図ｄ、１８図）のよつな抑圧部材によりブツシャに押
しつけられる。

円板が第１９図に示すように固定されていると、ブツシ
ャ９は自身の弾性で表面１０に押し２つけられる。しか
し、ブツシャは摩耗するにつれてまつすぐになり、その
ために接触角αが大きくなり、そのために、円板が軸線
方向に移動できるようにとりつけられて（第１６図ｄ、
１８図）いるために接触角αがブツシャの摩耗によって
も一定であるモータの寿命よりも、寿命が短くなる。

本発明に従って２つまたはそれ以上の振動子をモータに
設けることができ、その場合には、たとえげ円板または
リング状に作られた振動子を積み重ね・管状に作られて
“る円筒形回転子の中に配　　　　　ｉ。

置できることにも注意すべきである。そのように構成す
ることによりモータのトルクと出力を、使用している振
動子の数に比例して増大させることができる。

モータに第２の回転子が存在しても（第２１〜２４図）
動作条件は変らない。２つの回転子へは１つの同じ振動
子からトルクが伝えられる。必要があれば、および角度
αの符号が同じであるとすると、回転子の軸を互いに連
結できる。その場合にはそれらの回転子はたとえば２つ
の円板を有する回転子（第１９図）と同等になる。２つ
の回転子を有するモータを作る場合には、各回転子は振
動子にある程度の減衰を生じさせ、したがってそれらは
独立して動作するものと考えることができないことを考
慮に入れる必要がある。一方の回転子に加えられている
負荷を変えると、他方の回転子の回転速度が必ず変化す
る。

述べる価値のある別の特徴は、２つの回転子４゜３１が
設けられ（第５．２６図）、そのうちの一方の回転子が
振動子５を含んでいるモータの動作中に自ずと現われる
。このモータの撮動子５は回転運動を付加回転子３１へ
伝え、そして撮動子５が回転子４の上に設けられている
から振動子５は固定子１に対して回転する。その結果書
られる軸あの回転速度は回転子３１と４の回転速度の和
または差に等し込。回転子４と３１の回転の向きが一致
すると両者の回転速度が加え合わされ、回転子４．３１
が逆向きに回転している時は両者の回転速度は互いに差
し引かれる。第ｎ図ａには回転速度の差に対応する角度
αが示されている。回転速度を加え合わせるためには、
ブツシャ９が表面１０またけ３２に対して成す角度αの
符号を逆の符号にすべきである（第ｎ図ｂ）。回転速度
が差し引かれる場合には、軸部の最低回転数は表面１０
と３２との比により決定される。

以下に第四図に示されている本発明のモータのいくつか
の特徴を記す。電源部は振動子５内に縦方向の音響振動
を励起する交流電圧を発生する。

接点４０が閉じられると電源８の電圧が接点４０と閉じ
られている接点３５を介して撮動子５のリード１１へ与
えられ、それに応じて回転子４が矢印で示されている向
きの回転を始める。突起３７０１つが接点３６ｆ押すの
をやめるから接点３６は閉じられる。

したがってその後では接点４０を開くことができ、接点
４０を開いても接点３６が閉じられているから回転子は
回転を続ける。第２の突起３７が接点３５を押して接点
３５を開くから振動子の電源回路が切り離されるために
、回転子４はある角度だけ回転した後で停止させられる
。回転子を再び回転させるためには始動接点３９を閉じ
る必要がある。

第四図に示す圧電モータは次のように動作する。

直流電源４２からの直流電圧が接点３９と、接点群４１
の閉じられている接曳を介して電源８の入力端子へ与え
られる。その直流電圧は電源８においてモータの振動子
を励起する交流電圧に変えられる。

その結果、回転子４は矢印で示されている向きへの回転
を開始する。突起３７が接点群４】に近づくとこの接点
群４１の以前に閉じられた接点が開かれるが、開かれて
いる接点は閉じられる。そのために振動子の電源回路が
切り離されて回転子４は停止する。モータの再始動は始
動接点４０を閉じることにより行われる。始動接点４０
が閉じられると回転子４け回転を始め、突起３７が接点
群４】の接点を開いて電源回路が切り離されるオで回転
子４は回転を続ける。

第３０図に示すモータの回転子４が回転すると回転子４
けある角度位置に達する。その位置で、回転子の角度位
置を電気信号に変換する変換器３４が、直流電源４５の
電圧を断続的に変化させることにより、ユニット４３に
おいてモータの接続と切り離しを行う。電圧の変化は、
たとえば、永久磁石をリードリレー４４に接近させてそ
のリードリレーの接点を閉じることにより行うことがで
きる。変換益田が鉄心入り誘導コイル４６で作られた場
合に、コイル４６に接近した磁石のためにそのコイルの
インダクタンスが変えられてそのコイル内に起磁力が生
ずる。その起磁力はユニット４３へ与えられる制御信号
と１．て用いられる。永久磁石がマグネト・ダイオード
４７へ接近させられると、そのマグネト・ダイオードの
抵抗値が変化するためにユニット４３゜□ヵ、ＥＥよ、
ヵ、□□。、□。６　　　　町換器は無接点変換器であ
る（光電型センサまたは容量型センサもとの種の変換器
に関連する。

簡単で安価な角度位置変換器は接点ピックアップである
（第２８．２９ではそれらのピックアップは接点３５，
３６，４］である。

そのような変換器を用いることにより大きなトルクを得
ることができ、角度位置の位置ぎめを正確に行える。こ
れは第３１．３２図に示されているモータで行われる。

このモータでは、可逆回転子４８を回転させてモータの
軸５を回転させるように、圧電素子５１により可逆回転
子４８に押しつけられている振動子５へ交流電圧が別の
電源５４から与えられるＯ 始動接点３９が閉じられると電源８から振動子５へ電圧
が与えられ、それに応じて回転子４が矢印（第３２図）
に示す向きに回転を始める。そうすると、回転子４に固
定されているピン５３がばね５２をゆるめる。その後で
はね５２は振動子閏を回転子４８に押しつける。回転子
４８が唄に動く間にビン５３はばね５１を圧縮するから
振動子４９は回転子４８から離される。そのために回転
子４８は回転を止める。突起３７は接点群４】の接点を
開いて振動子５を電源回路から切り離し、回転子４を停
止させる。ここで、スイッチ関の位置が変えられたとす
ると、電源５４からの電圧が振動子関へ与えられる。そ
のためにこの振動子は回転運動を回転子４８へ伝える。

この場合には回転子４８は逆向きに回転する。接点５０
を閉じ、かつスイッチ関の位置を変えることにより回転
の向きの変更が行われる。スイッチ５５の位置の変更は
、スイッチ５５が突起３７と相互作用する接点の形で作
られているために、突起３７により自動的に行うことが
できる。

本発明のモータは減速歯車を用いることなしに６００分
子ｐｍおよびそれ以下の低速モータとして使用できる。

本発明のモータは１００ｋｇ−Ｃｍおよびそれ以上のト
ルクを発生でき、効率は３０％以上である。本発明のモ
ータは最小歩進角が０．５〜１秒の歩進モードで動作で
きる。とのモータの時定数は（０，０５〜０．１１Ｘ’
１０−秒に達する。

【図面の簡単な説明】

第１図は圧電振動子が長方形板として作られている本発
明の圧電モータの一実施例の略図、第２図は第１図に示
すモータの別の実施例の略図、第３図は振動子がリング
として作られて固定子にとりつけられている本発明の圧
電モータの別の実施例の略図、第４図は第３図の■−■
純に沿う断面図、第５図は本発明の圧電モータに用いら
れる圧電素子の種々の例を示す斜視図、第６図はブツシ
ャが固定されている４辰動子の種々の例を示す斜視図、
第７図はブツシャの端部を圧電振動子に固定する種々の
やり方を示す略図、第８図はブツシャの種々の例を示す
略図、第９図は多層ブツシャの種々の例を示す略図、第
１０．１１．１２．１３図は圧電素子を固定子または回
転子に固定する種々のやり方を示す略図、第１４．１５
図は本発明の圧電モータに用いられる回転子の種々の例
を示す略図、第１６図はブツシャを摩擦相互作用面に押
しつける種々のやり方を示す略図、第１７図は振動子が
リングの別々の部分から作る本発明のモータの別の実施
例の略断面図、第１８図はブツシャが円筒形振動子の端
面に固定される本発明のモータの別の実施例の略断面図
、第１９図は回転子が互いに固定される２つの円板で作
られる本発明のモータの別の実施例の略図、第加図は振
動子が長方形板として作られ、その板の端面にブツシャ
が固定される本発明のモータの別の実施例の断面図、第
２１図は第加図のＸＸＩ−ＸＸＩ線に沿う断面図、第ｎ
図は振動子が正方形の棒として作られ、ブツシャがその
棒の端面に固定される本発明の別の実施例の断面図、第
ｎ図は第ｎ図のＸＸＩ−ＸＸＩ線に沿う断面図、第２４
図は円筒形振動子の内面に別のブツシャがとりつけられ
る本発明のモータの別の実施例の切欠き斜視図、第６図
は円筒形振動子の外面に別のブツシャが固定される本発
明のモータの別の実施例の断面図、第あ図は第５図の◇
ｍ−邊閏線に沿う断面図、第ｎ図は主ブツシャと別のブ
ツシャを圧電振動子へとりつける種々のやり方を示す略
図、第あ図は角度位置を電気信号に変換する変換器を含
む本発明　　　　　ｊのモータの別の実施例の接続図、
第２９図は第四図に示すモータの別の実施例の接続図、
第加図は始動器が設けられている本発明のモータの更に
別の実施例の接続図、第３１図は本発明の可逆モータの
接続図、第３２図は第３１図に示すモータの接続図であ
る。 １・・・固定子、４・・・固定子、訃・・圧電振動子、
６・・・圧電素子、７・・・電極、８・・・電源、９・
・・ブツシャ、ｌＯ・・・摩擦相互作用面、１７・・・
殻、１８・・・集中器、】９・・・溝、加・・・耐摩耗
層、２１・・・遮音層、３１・・・付加回転子、３２・
・・付加摩擦相互作用面、３４・・・回転子の角度位置
を電気信号へ変換する変換器、４８・・・可逆回転子、
４９．５０・・・付加圧電振動子、５１．５２・・・抑
圧部材。 出願人代理人　　猪　　股　　　清 （ｈ９）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ａ
ｒｄ）　　　　ｅ）　　　　ｆ） ｆＥＩ ｆＥ！／ ａツ ノ’Ｅｌｌ ノア１；、ｌ≧７ 特開昭５８−１９２４７４（２２） ｑ　　　　　　　　〃 ｆＥ２４ ｆＥ　２７ 砲 は ＼ （０ 鞄　　　　　　　　％ ）　　　ζ、　　　　　　　　　〜 ′　　ぐ〜　　　　い ＼） 徴 、　。　　　　　　− ＋　　　　　　　　　　　　　− （、 ζ　　Ｎ　　　　　　　　　　　　　　ゝ〜　　４．　
　　　　　咀　　　　　　　　　　ゝ灸） 虫 さｑ ｈ　　Ｎ　　　　　　　　　　寸 ）　　　　＼ン ＋　　　寸 棗≧ ｒ律　０゛− （ミ （ −暉Ｎ 第１頁の続き ０発　明　者　ツヤチェスラフ・ワシリエウイツチ・ラ
フリネンコ ソビエト連邦キエフ・ウーリツ ツア・アー・マリクコ１３カーベ １２５ ０発　明　者　オレグ・レオニドウィッチ・ボイチェン
コ ソビエト連邦キエフ・プロスペ クト・スボボドイ２４カーベー５ ０発　明　者　ビタリー・ステパノウイツチ・コバル ソビエト連邦キエフ・ウーリツ ツア・ボグダノフスカヤ５アー ・力一べ−６ ０発　明　者　ユーリー・ウラジミロウイツチ・ゴロビ
アシン ソビエト連邦キエフ・ウーリッ ツア・エンツジアストフ２５カー （９発　明　者　ニコライ・フィヨードロウィッチ・七
ロフ ソビエト連邦キエフ・ウーリッ ツア・レズニツカヤ８カーベー ８ ０発　明　者　レオニド・イヮノウィッチ・シンカレン
コ ソビエト連邦キエフ・プルバー ル・ペロヮ３０アー・カーバー３９ ０発　明　者　オレグ・ゲオルギエウィッチ・ユラシ ソビエト連邦キエフ・ウーリッ ツア・ユリウサ・フチカニ３カー バー７４ シ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　固定子（１）と、この固定子と摩擦相互作用する回
   転子（４）とを備え、固定子（１）と回転子（４）の一
   方は少くとも１つの圧電振動子（５）を含み、この圧電
   振動子（５）は分極された圧電材料から作られて、両面
   に電極（７）が設けられる圧電素子（６）と、少くとも
   ２つのブツシャ（９）とを有し、前記振動子（５）中に
   音響振動波を励起させるために前記電極は電源（８）に
   接続され、前記各ブツシャ（９）の一端は前記振動子（
   ５）に固定され、各ブツシャ（９）の他端は固定子（１
   ）と回転子（４）の少くとも１つの摩擦相互作用面（ｌ
   Ｏ）に押しつけられる圧電モータであって、圧電素子（
   ６）は電極（７）の表面に垂直な方向に分極され、圧電
   振動子（５）の中で励起された縦方向の共振モード音響
   撮動の伝播方向が摩擦相互作用面（１０）に垂直である
   ように圧電素子（６）は位置させられることを特命とす
   る圧電モータ。 ２、特許請求の範囲の第１項に記載の圧電モータであっ
   て、圧電素子（６）は長方形板の形に作られることを特
   徴とする圧電モータ。 ３４１Ｆ許請求の範囲の第１項に記載の圧電モータであ
   って、圧電素子（６）は正方形の棒の形に作られること
   を特徴とする圧電モータ。 ４、特許請求の範囲の第１項に記載の圧電モータであっ
   て、圧電素子（６）は円筒またはその一部の形に作られ
   るととを特徴どする圧電モータ。 ５、特許請求の範囲の第１項に記載の圧電モータであっ
   て、圧電素子（６）はリングまたはその一部の形に作ら
   れることを特徴とする圧電モータ。 ６、特許請求の範囲の第１項に記載の圧電モータであっ
   て、圧電素子（６）は円板の形に作られることを特徴と
   する圧電モータ。 ７、特許請求の範囲の第１項に記載の圧電モータであっ
   て、圧電素子（６）はプリズムより成る円筒の形で作ら
   れることを特徴とする圧電モータ。 ８、特許請求の範囲の第４〜６項のいずれかに記載の圧
   電モータであって、圧電素子（６）の少くとも１つの円
   筒面は殻（■７）により包まれることを特徴とする圧電
   モータ。 ９、特許請求の範囲の第７項に記載の圧電モータであっ
   て、殻（１７）の内径と外径の差は縦方向の音響振動の
   共振モード波の長さの半分の倍数であることを特徴とす
   る圧電モータ。 １０、特許請求の範囲の第８″Ｉたけ第９項に記載の圧
   電モータであって、殻（１７）は機械的応力の集中器（
   １８Ｊの形で作られることを特徴とする圧電モータ。 １１、特許請求の範囲の第２〜５項および第７項のいず
   れかに記載の圧電モータであって、ブツシャ（９）は圧
   電素子（６）の少くとも１つの端面に固定されることを
   特徴とする圧電モータ。 １２、特許請求の範囲の第２．３または７項に記載の圧
   電モータであって、各ブツシャ（９）は圧電素子（６）
   の平行リプの少くとも１つに固定されることを特徴とす
   る圧電モータ。 １３、特許請求の範囲の第４，５または６項に記載の圧
   電モータであって、ブツシャ（９）は圧電素子（６）の
   少くとも１つの円筒面に固定されることを特徴とする圧
   電モータ。 １４、特許請求の範囲の第１〜６項のいずれかに記載の
   圧電モータであって、溝（１９）が圧電素子（６）に設
   けられ、この溝（］９）の中にブツシャ（９）が設けら
   れることを特徴とする圧電モータ。 １５、　％許請求の範囲の第１〜６項のいずれかに記載
   の圧電モータであって、ブツシャ（９）はコンパウンド
   により圧電素子（６）に固定されることを特徴とする圧
   電モータ。 １６％許請求の範囲の第８．９または１０項に記載の圧
   電モータであって、ブツシャ（９）は殻、・・　　　　
   　　　　　　　　　　　ｉ。 （１７）に固定、されることを特徴とする圧電モータ。 １７、特許請求の範囲の第１，１１〜１６項のいずれか
   に記載の圧電モータであって、ブツシャ（９）は一様な
   厚さの板の形で作られることを特徴とする圧電モータ。 １８、特許請求の範囲の第１，１１〜１６項のいずれか
   に記載の圧電モータであって、ブツシャ（９）は厚さが
   可変の板で作られることを特徴とする圧電モータ。 １９、特許請求の範囲の第１７または１８項に記載の圧
   電モータであって、板は長方形に作られることを特徴と
   する圧電モータ。 ２、特許請求の範囲の第１７または１８項に記載の圧電
   モータであって、板は台形に作られることを特徴とする
   圧電モータ。 ２、特許請求の範囲の第１〜に項のいずれかに記載の圧
   電モータであって、ブツシャ（９）は多層構造を有する
   ことを特徴とする圧電モータ。 ２、特許請求の範囲の第２１項に記載の圧電モータであ
   って、前記ブツシャ（９）の層の間に遮音層（２１）が
   設けられることを特徴とする圧電モータ。 ２、特許請求の範囲の第１〜１６項のいずれかに記載の
   圧電モータであって、ブツシャ（９）は１棒状に作られ
   ることを特徴とする圧電モータ。 ２４、　＠許請求の範囲の第１〜２３項のいずれかに記
   載の圧電モータであって、ブツシャ（９）の自由端部に
   は耐摩耗層が設けられることを特徴とする圧電モータ。 ２、特許請求の範囲の第１〜２３項のいずれかに記載の
   圧電モータであって、ブツシャ（９）の長さは縦音響振
   動の共振モード波の長さの半分の倍数であることを特徴
   とする圧電モータ。 ２、特許請求の範囲の第１．４，５．７〜２５項のいず
   れかに記載の圧電モータであって、固定子（１）は圧電
   振動子（５）を含み、回転子（４）は円筒形に作られ、
   ブツシャ（９）の自由端部はその側面上に配置される摩
   擦相互作用面（１０）に押しつけられることを！ＰＩｆ
   微どする圧電モータ。 ２７、特許請求の第１．４．５．７〜２５項のいずれか
   に記載の圧電モータであって、固定子（１）は圧電振動
   子（５）を含み、回転子（４）は円錐台形に作られ、ブ
   ツシャ（９）の自由端部はその側面に配置される摩擦相
   互作用面（１０）に押しつけられることを特徴とする圧
   電モータ。 ２、特許請求の範囲の第１〜５項のいずれかに記載の圧
   電モータであって、固定子（１）は圧電振動子を含み、
   回転子（４）はほぼ中空円筒に作られ、その中空円筒の
   内側には前記振動子（５）が設けられることを特徴とす
   る圧電モータ。 ２、特許請求の範囲の第１〜５．７〜２５項のいずれか
   に記載の圧電モータであって、固定子（１）は圧電振動
   子（５）を含み、回転子（４）は少くとも１つの円板を
   含み、ブツシャ（９）の自由端部はその円板の平らな表
   面の一方に配置される摩擦相互作用面（ｌＯ）に押しつ
   けられることを特徴とする圧電モータ。 ３０、　％許請求の範囲の第２９項に記載の圧電モータ
   であって、少くとも１つの前記円板は軸線方向に変位さ
   せられるようにとりつけられ、かつその円板はばねによ
   り振動子（５）に押しつけられることを特徴とする圧電
   モータ。 ３１、特許請求の範囲の第１〜２８項のいずれかに記載
   の圧電モータであって、ブツシャ（９）は回転子（４）
   の回転軸を中心として対称的にとりつけられ、かつブツ
   シャ（９）は摩擦相互作用面じ１０）に対して同じ角度
   で傾斜させられることを特徴とする圧電モータ。 ３２、特許請求の範囲の第１〜３１項のいずれかに記載
   の圧電モータであって、別の回転子（３１）を更に含み
   、その回転子（３２）は別の摩擦相互作用面を有し、そ
   の摩擦相互作用面にはいくつかのブツシャ（９）の自由
   端部が押しつけられ、それらのブツシャの他の端部は前
   記振動子（５）に固定されることを特徴とする圧電モー
   タ。 ３３、特許請求の範囲の第３２項に記載の圧電モータで
   あって、ブツシャ（９）の自由端部が表面（ｉｎ）、（
   ３２）に対して成す角度は同一の符号を有することを特
   徴とする圧電モータ。　　　　　　　　　　ｉ３４、％
   許請求の範囲の第３２項に記載の圧電モータであって、
   ブツシャ（９）が表面（１０）、　（３２）に対して成
   す角度は逆の符号を有することを特徴とする圧電モータ
   。 ３５、特許請求の範囲の第１〜３４項のいずれかに記載
   の圧電モータであって、回転子（４）の個別の角度位置
   を電気信号に変換する変換器（３４）が振動子（５）の
   電源（８）に接続されることを特徴とする圧電モータ。 ３６特許請求の範囲の第１〜３５項のいずれかに記載の
   圧電モータであって、固定子（１）は振動子（５）を含
   み、モータの前記回転子（４）と同軸関係でとりつけら
   れてこの回転子（４）に対して回転できる可逆回転子（
   ４８）と、長方形板の形に作られた２個の別の圧電振動
   子（４９，５０１と、モータの前記回転子（４）に動く
   ことができるようにして連結され、かつ長方形板の他の
   端部と可逆回転子（４８）の間で交互に摩擦相互作用さ
   せる２つの圧力部材（５１，５２１とが更に設けられる
   ことを特徴とする圧電モータ。 （９１、、八り