JPS60113672A - 圧電回転機 - 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】 〔技術分野・発明の目的〕 本発明は圧電回転機の改良に係り、ことに圧電回転機の
中で最も構造が簡単で、しかも最も高性能とされている
「キラツキ型モータ」の二つの欠点、すなわち、（１）
キラツキ歯の摩耗、■回転方向を変えられないこと、の
両方を解消した優れた圧電回転機を提供することを目的
とする。

〔背景技術〕

「キラツキ裂」モータとは、ランジュバン振動子で代表
される縦モードの超音波振動子に板状のヘッドを付け、
これを回転子の摺動面の法線に対し傾斜する方向から圧
着することにより、振動しながら回転子を斜に突っつく
ため回転子に大きな回転トルクが生じ、低速大トルクを
特長とするモータである。板状ヘッドは通常複数枚用い
られ、歯のように摺動面を突くがら摩耗が太きい。

本発明は先に「スパイラルモード駆動の圧電モータ」お
よび関連技術を数件出願し、歯によって摺動面を突く機
構を解消し、ねじり結合子を用いた摩耗の少ない摺動機
構を提供したが、それでも回転子の回転の自起を、電気
信号で容易かつ瞬時に逆転することができず、この種圧
電回伝機の用途が限られていた。

〔発明の概要〕

この発明は上述した従来技術の欠点を解消するもので、
ねじり結合子と回転子およびこれらを駆動する２個の縦
モード圧電振動子とからなる圧電回転機において、一方
の縦モード圧電振動子によって励振され、ねじり振動を
行っているねじり振動子の摺動面に対し、もう一方の縦
モード圧電振動子によって励振された回転子の摺動面が
周期的に圧着される結果、回転子に回転トルクが生じ、
滑らかに回転するだけでなく、周期的に圧着する回転子
の圧着振動の位相を逆転することＫより、回転子が瞬時
に逆回転することを特徴とする圧電回転機によって目的
を達成したものである。以下、本発明の実施例を図面に
従って説明する。

〔実施例〕

第１図は本発明に用いた縦モード圧電振動子の一例を示
す説明図であり、超音波加工機などに汎用されているボ
ルト締めランジュバン型、振動子の一種である。厚さ方
向に分極された外径３５論、内径１５憫、厚さ２ＴｎＸ
のドーナツ状の圧電セラミック振動子】。（ここではＰ
ｂ（ＺｒＴｉ　）　Ｏｓ系の高Ｑ高ｄＳａ材を用いた）
を分極の向きを交互に逆にし、間に０．２ｆｆｌｌ＋＋
厚で同じドーナツ形状の燐青銅板１．を電極板として挿
入し、これら４枚を重ねて積層振動子１を構成する。こ
れを直径３５ｍｍ、厚さ２０ｍｙ＋のアルミニウム振動
子２と、直径３５胴、厚さＩｏｗｎのアルミニウム振動
子３とでサンドインチし、これらをアルミニウム製のボ
ルト４で締めつけた。アルミニウム棒４は振動子２から
１５咽、振動子３から３０前つき出た構造になっており
、つき出た部分は直径８鰭で、先端に８ｆｌのネジ６が
切っである。

ボルト４１Ｃボールベアリング６をはめ込んだのち、ネ
ジに、直径３５艶、厚さ５間のアルミニウム摺動板５を
螺着した（第２図参照）。摺動板５の摺動面には硬質ゴ
ムがライニングされている。摺動板５と反対側につき出
たボルト４にはボールベアリング７をはめ、その外側か
らナツト８で締めつけた。このようにしてでき上ったロ
ータなケースに納め、ベアリング６および７を固定支持
した。

・一方、ステータは第３図に示すような捻り振動子から
なり、ローターと同じ圧電セラミックの積層振動子１１
を、直径３５−１厚さ２０ｍのアルミニウム振動子１２
と直径３５ｗｎ、長さ４０期のアルミニウム製捻り結合
子１３とでサンドインチし、アルミニウム製のボルト１
４で締めつけた。捻り結合子のヘッド部は直径１７Ｗｎ
ｎ、深さ５■の孔が穿けられ、その中にボルト１４のヘ
ッドを挿入し、スラストベアリングがセットされ、ねじ
り結合子をベアリングを介して締めつけた。捻り結合子
１３は直径３５＃、厚さ１０掴のヘッド部１３．　と直
径３５ｍ、厚さｌＱｍｍの基底部１３ｔとからなり、両
者を２０間の間隔をおいて支持する様に、２簡の厚さの
板９枚が放射状配列された梁部１３３が固定されている
。この３者からなるねじり結合子１３は、梁部１３３に
対して左右対称のヘッド部１３．と基底部１３．とを、
これらの中心軸のまわりに１０°程度捻った構造になっ
ており、梁板は中心軸に対して斜めに傾斜している。

結合振動子は、ヘッド部１３．を基底部１３．に対して
伸縮運動をすると捻り運動に変換する機能を有する。そ
こで、でき上ったねじり振動子に高周波電圧を印加し、
共振状態を励振すると、激げしい捻り振動が発生する。

アルミニウム製のボルト１４は捻り振動子のヘッド部１
３．とは反対側の端面に１０調程つき出ており先端に８
酵のネジが切っである。このネジ部をケースにねじ止め
すると、捻り振動子のヘッド部とローターの摺動面とが
、はとんど接触する位置で対向する（第４図参照）。

両者をケースに収納した圧電回転機は捻り振動子がステ
ータとして捻りトルクを発生し、ローターはこれに周期
的に圧着されることにより滑らかに回転する。圧電回転
機のケースには接触子１５゜１６が配置されており、回
転中のローター振動子の電極板１．をコンミステータと
して接触子１５　、１６から電力が供給される。ステー
タの捻り振動子は回転しないから、圧電振動子への電力
は電極板１１゜に半田付したリード線１７　、１８を通
して供給される。

ローターとステータの振動子の共振周波数は、できる限
り一致するように調製されている。ここでは２４．５１
ｋＩ−Ｔｘであり、この周波数で４０ボルトを出力する
３０Ｗの発振器によって駆動した。ステータ側へは移相
器２０と反転スイッチ１９を通して接続し、位相を調整
すると滑らかに回転した。反転スイッチ１９によって印
加電圧の極性を反転すると、回転子は逆回転した。本発
明の圧電回転機は、回転数が３０Ｏｒ、ｐｍ、附近の低
速度の一定回転で大きな回転トルクを生じるので、通常
の電動機の場合には減速機を用いなければ達成できなか
った低速度で大出力を得ることができることが特長であ
る。

なお、上述の実施例では、振動子の素材にアルミニウム
、正しくは高力アルミニウムと言われるアルミニウム合
金５０５６　材を用いたが、アルミニウムに限らずステ
ンレス等鉄合金、ニッケル合金、リン青銅などの銅合金
などのバネ材を用いても同様の効果を得ることができる
。このことは又、摺動面の材質についても言えることで
あり、ゴム、高分子材料などの硬質耐摩耗材の他忙鉋金
などを用いてもよい。

」二連した実施例では回転子と縦振動とを組み合わせた
ローターとねじり結合子と縦振動子とを組み合わせたス
テータとからなる構造の圧電回転機を例示したが、ロー
ターと縦振動子とを一体化せず、縦振動子は振動を生じ
るだけで回転せず、ローターのみが回転する構造をとる
こともできる。

また同様にねじり振動子の場合もねじり結合子と縦振動
子とはボルトで結合することなく、縦振動のみを行う縦
振動子とねじり結合子とを圧着する構造でねじり振動を
生じさせてもよい。

駆動周波截は振動子の共振周波数を選ぶので、一般に大
型では低周波、小型では５０ｋＨｚをこえる高周波とな
る。また、振動子からボルトを突出した構造は振幅増大
オド構造であり、ボルトの長さを波長の１の奇数倍にし
、断面を細くするほど振幅は拡大される。

〔発明の効果〕

以上説明したように、ねじり結合子と回転子およびこれ
らを駆動する２個の縦モード圧電振動子とからなる圧電
回転機において、一方の縦モード圧電振動子によって励
振され、ねじり振動を行っているねじり振動子の摺動面
に対し、もう一方の縦モード圧電振動子によって励振さ
れた回転子の摺動面が周期的に圧着される結果、回転子
に回転トルクが生じ滑らか忙回転するだけでなく、周期
的に圧着する回転子の圧着振動の位相を逆転することに
より、回転子が瞬時に逆回転することを特徴とする構成
にしたから、回転トルクが太きい割りには摩擦接触する
摺動面の摩耗が少なく、電気信号に応じて瞬時に一定速
度で回転を始め、電気信号を停止すると、瞬時に回転が
止まり、停止中はローターがステータに圧着されている
ため摩擦抵抗が大きく容易に動かＩＫいように保持力が
大きいことも特長である。これらに加えて、構造が簡単
なため製造が容易であるにもかかわらず、電気機械変換
効率が高く、長寿命高信頼性を有することも特長である
が、本発明の最大の特長は高効率の圧電モータである「
キラツキ型」を原型とし、しかも逆回転を可能にした点
にある。なお本発明の捻り結合子は縦振動を捻り又は辷
り振動に変換する結合子であり、梁の屈曲振動を利用し
たものであり梁には湾曲変形した座屈ばねを使用しても
同じ効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の圧電回転機を構成する縦振動子の一実
施例を示す斜視図、第２図は第１図の縦振動子を組込ん
だ回転子の一実施例を示す斜視図、第３図は本発明の圧
電回転機を構成する捻り振動子からなるステータの一実
施例を示す斜視図、第４図は本発明の圧電回転機の一実
施例を示す説明図である。 ｌ、１１・・・・・・積層振動子、１ｏ・・・・・・圧
電板、１１　＋　１１１・・・・・・電極板、２，３．
１２・・・・・・振動子、４，１４・・・・・・ボルト
、５・・・・・・摺動板、１３・・・・・・捻り結合子
、１９・・・・・・極性反転スイッチ。 第１図 第２図 第３［ネ１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）ねじり結合子と回転子およびこれらを駆動する２
   個の縦モード圧電振動子とからなる圧電回転機において
   、一方の縦モード圧電振動子によって励振され、ねじり
   振動を行っているねじり振動子の摺動面に対し、もう一
   方の縦モード圧電振動子によって励振された回転子の摺
   動面が周期的に圧着されるとともに、周期的に圧着する
   回転子の圧着振動の位相を逆転して回転子が逆回転でき
   るように構成されていることを特徴とする圧電回転機。 （２、特許請求の範囲第（１）項記載の圧電回転機にお
   いて、縦モードの圧電振動子は、ボルトの先端が振動の
   腹になる長さに選ばれ、一方の振動子側に突き出た構造
   を取ることにより振幅を拡大することを特徴とする圧電
   回転機。 （３）特許請求の範囲第（２）項記載のボルトの利質を
   振動子と同材質にしたことを特徴とする圧電回転機。