JPS6055865A - 超音波モータ - 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、圧電素子に電圧を加える事により発生する伸
縮運動エネルギーを駆動力とし、ロータを回転させる、
いわゆる圧電モータに関するものである。

最初に、動作原理を説明する。

第１図に圧電モータ構造図の一例を示す。同図に於いて
、１は軸′、２は実際に回転運動を行なうロータ、５は
弾性材料から成る弾性リング、４は前記弾性リングのリ
ング台、５は軸１を受ける軸受、６は台、そして、７は
圧電素子である。尚、ここで圧電素子７は、矢印Ａの方
向から全て同極方向を向けて弾性リング３に貼られてい
るものとする。（他の貼り方もあるが、ここでは省略す
る。）これら部品全平面的に重ね合わせる事により圧電
モータは構成される。

第２図に圧電モータの動作原理図を示す。同図に於いて
、８ａ、８１）は発振器、９　ａ、９　ｂは圧電素子、
１０は弾性材料とする。（圧電素子９８゜９ｂは全て同
極方向を向けて弾性材料１ｏに貼られているものとする
。）実に、圧電素子９ａ、９ｂの有効長はそれぞれｒａ
、その間隔全ｒｂとし、ｒａ　＝　２　ｒｂ　−・＝　
（１） の関係にあるものとする。ここでは説明の為、ｒａ＝λ
／２．ｒｂ＝λ／４と仮定する。（ここでは、λ＝２π
と考えてよい。）尚、原理図の為、電極は省略した。

発振器８ａからＡＳｉｎｗｔ、８ｂからＡＣＯ８Ｗｔの
信号を、それぞれ圧電素子９ａ、９ｂに印加する。ここ
で、第２図に於ける振動の方向を、右方向ｆ　＋　ｘ、
左方向ｆ　−ｘと約束する。

まず＋Ｘ方向に働く力は、 Ｆ　＋　Ｘ　＝　Ａ　ｓｉｎ（ｗｔ＋α）＋Ａｃｏｓ　
（ｗｔ＋α＋７λ）Ａ　ｓｉｎ（ｗｔ＋α）＋Ａ（ｃｏ
ｅ（ｗｔ＋α）ｃｏｓ７π−ｅｉｎ　（ｗｔ＋α）ｅｉ
ｎ７ｙｒ　）＝　Ａ　ｓｉｎ（ｗｔ＋α）＋Ａｓｉｎ（
ｗｔ＋α）、”、　Ｆ　＋　ｘ＝　２　Ａ　ｓｉｎ（ｗ
ｔ＋α）　−−（２）一方、−Ｘ方向に働く力は Ｆ−ｘ＝Ａ　ｓｉｎ（ｗｔ＋α）＋Ａｃｏθ（ｗｔ十α
−７λ）＝　Ａ　ｓｉｎ　（ｗｔ＋α）＋Ａ　（ｃｏｓ
　（ｗｔ＋α）ｃｏｅ７ｙｒ＋ｅｉｎ（ｗｔ＋α）　ｅ
ｉｎＴｙｒ）＝八　日ｉｎ　（ｗｔ＋ｔｘ　）−Ａ　ｓ
ｉｎ　（ｗｔ＋ａ　）、’、　Ｆ　−ｘ　＝　０　・・
・・・・（３）つまり、与えられるエネルギーは、全て
＋Ｘ方向のみに働く進行波となる。尚、ここで発振器８
ｂに与える信号ｆ　Ａ　ｃｏｓ　ｗｔとすると、同様の
式の展開か−ら、与えられるエネルギーｔｊ、全て−Ｘ
方向のみに働く進行波となる。但し、これら式の展開中
で発生、又は与える波の減衰は無視した。

（理想状態に於ける式の展開を行なった。）つまり、弾
性材料１０に於ける矢印Ｂの面に、ロータ等の回転子材
料を置き前記動作を行なわせ、十ｘ方向の進行波を発生
させた場合、前記回転子材料は前記弾性材料上に発生す
る進行波と逆方向への移動を開始する。これが圧電モー
タの動作原理である。

通常モータ等、電気エネルギーを機械エネルギーに変え
る転換機は、消費電力を一足とするなら出力トルクは出
来るだけ大きい方が良く、又、出力トルクを一定とする
なら消費電力はなるべく少なくする事が好ましい。或は
、同出力の転換機に於いては、低電圧駆動及び低電流駆
動が可能である方が、小屋化、ローパワー化及び軽量化
出来る点から優れていると言える。

本発明の目的は、以上に記述した様な高効率であり、且
つ、低電圧駆動が可能な圧電モータを供給する事にある
。

以下図面に示す実施例によって本発明を詳述する。

第５図に於いて、１１ａ、１１ｂは発振器、１２ａ、１
２ｂ、１２ｃ、１２ｃｌは圧電素子、１３ａ、、１３’
ｂ、１３ｃ、１３（１，１３ｅ、１５ｆは電極、１４は
弾性材料であり、第２図に示した動作原理図と異なる事
は、１ブロツクあ′ｆＣ，ｖの圧電素子１２８．１２ｂ
１或は１２ｃ、１２ｄの枚数が複数枚（第５図に於いて
は２枚）となっている事である。これは、本発明を説明
する上で非常に重要なポイントである。結論的には、高
効率であり、且つ、低電圧駆動が可能な圧電モータを供
給出来る事になるのであるが、以下順を追ってその内容
全簡単に説明する。

通常、圧電素子内に発生する電界強度Ｅは、印加電圧’
Ｉｖ、圧電素子の厚み−ｉｄとした場合、次式によって
与えられる。

Ｅ−ｙ　・・・・・・（４） ここで説明の為、第２図に於ける圧電素子９ａ。

９ｂの厚さをｄ、第３図に於ける圧電素子１２論〜１２
ｄの厚さく　ａ　／　２と波尾する。構造全図示する為
、第３図に於ける電極１３ａ〜１３ｆの厚みを誇張して
描いたが、現実ＶＣは非常に薄いものとすると、１ブロ
ツクあたりの圧電素子の厚みは第２図、第６図ともほぼ
等しい。しかし、第６図に於ける１枚あたりの圧電素子
の厚みは、第２図のものに較べ半分となっている為、（
４）式よりかかる電界強度Ｅは圧電素子１枚あたり２倍
となる。

体積としては両者間等の為、出力トルクは結果的に２倍
の値となる。つまり、同体積、同印加電圧の圧電モータ
を仮定した場合、圧電素子１枚あたりの厚みを薄くし、
枚数を増やす事により、出力トルクを格段に向上させる
事が可能とガる。′又、圧１に素子１枚あたりの厚みを
半分とした為、入力インピーダンスも約半分となり、第
２図に於ける圧゛屯モータ並の出力トルクを第３図に示
す圧電モータで得ようとした場合、（４）式の関係より
印加電圧を半分とする事が出来る。言い換えれば、低電
圧駆動が可能であるという事になる。

本発明は以上の様に、圧電素子１枚あたりの厚みを薄く
し、多層重ね合わせる事により、（１）同体積、同印加
電圧の圧電モータを仮ボした場合、圧電素子１枚あたり
の厚みを薄くし、それを多層重ね合わせる事により、出
力トルクを格段に向−ヒさせる事が可能となる。

（２）或は、出力トルク全一定として考えるなら、印加
電圧金工ける、つ′＝！り低電圧駆動が可能となる。理
論的には、圧電素子１枚あたりの厚さｆ　１／ｎとし、
それ全ｎ枚重ね合わせた場合、１／ｎの印加電圧を加え
れば、圧電素子が１枚の状態の圧電モータと同等の出力
を得られる事になる。

等の顕著な諸効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は圧電モータ構造図の一例であり、斜視図、第２
図は圧電モータの動作原理図、そして、ｆＡ３図は本発
明に係る圧電モータの動作原理図である。 １・・・軸、２・・・ロータ、３・・・弾性リング、４
・・・リング台、５・・・軸受、６・・・台、７・・・
圧電素子、８８、ｓｂ、　１１　ａ、　１　ｌ　ｂ・”
発振器、９ａ、９ｂ。 １２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ−圧電素子、１０．１
４−・・弾性材料、１３’ａ、１５ｂ、１３ｃ。 １３ｄ、１５ｅ、１５ｆ−−・電極 以上 出願人　株式会社第二精工舎 第１図 第２図 一′ｘ−０−１−χ ５３図 １どｌΣノ／ルノ？ＣノＺｄ１４

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電圧を加える事により伸縮運動を行なう圧電素子を弾性
   体に貼り、前記伸縮運動によって生ずる屈曲液中の進行
   波を利用して前記弾性体を振動させ、それを駆動力とし
   てロータを回転させる構造のモータに於いて、前記圧電
   素子を複数枚、重ね合わせた事を特徴とする圧電モータ
   。