JPS6118371A - 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】 産業上の利用分野 本発明は、圧電素子を利用した圧電モータに関するもの
である。

従来例の構成とその問題点 近年、圧電素子の屈曲振動により回転子を回転駆動する
圧電モータが開発されつつある。この圧電モータは、構
造が簡単で小型軽量化が図れ、さらに製造コストも低廉
におさえられる等の優れた点を有している。　　。

この圧電モータの構造および動作原理の概略を第４図な
いし第６図を参照し七説明する。

第４図において、固定子１は、円環状圧電セラミクス５
を円環状弾性体３と円環状ベースブロック４との間に挾
持して構成している。ベースブロック４の内径部には、
移動子２０回転軸８を保持するボールベアリング１０が
圧入されている。圧電セラミクス５は、所定の直径によ
り分割される２つの領域において周方向に変位方向を有
し同一の空間周期Ｌｅ／Ｎ（Ｌｅ　　：弾性体中心局長
１６）を持ち空間位相が１８ｏ０相異る２種の定常波を
同時に励振するよう分極処理および電極焼付が行なわれ
ており、各電極には外部から駆動電界を印加するだめの
リード線１１．１２と１３．１４が半田付されている。

移動子２は、円環状剛体６の底面に、円環状耐摩耗材７
を貼布し構成する。移動子２と回転軸８との間には調圧
装置９が介装してあり、これによシ固定子１．移動子２
間に所定の垂直抗力を作用させる。固定子１の弾性体３
表面と移動子２の耐摩耗材７の表面とは相接触しており
、両者の間には、スベリ摩擦抵抗が存在する。

以上のように構成された圧電モータの動作原理を以下に
説明する。

圧電セラミクス６の所定の直径により２分割される領域
に、それぞれリード＃１１１１２と１３１４を介し正弦
電界および余弦電界を印加すると、各々の領域は互いに
同一の空間的周期を持つが、空間的位相および時間的位
相が互いに１８００相異なる２種の屈曲振動を行彦い、
圧電セラミクス６を挾持している弾性体３およびベース
ブロック４へ屈曲振動が伝搬する。弾性体３へ伝搬する
上記２種の屈曲振動は弾性体３において合成され、に垂
直な方向をｙ軸方向とすると、弾性体３０表面はＸ軸方
向に、 Δ、！：＝ＸＯ３工ｎ（ωｔ＋に、ｚ）　　　　　　　
−−（１）ｘｏ　：定数、に：空間角周波数 の振動変位を生じ、ｙ軸方向に、 Δ、！ｒ＝Ｙ　ｏ　ｃ　ｏ　ｓ　（ωｔ＋ｋｘ）　　　
　　　　　　−・”（２）ＹＯ：定数 の振動変位を生じる。

１．２式から弾性体３の表面の振動の軌跡を示す方程式
を求めると、 Δｘ／Ｘｏ　＋ΔＪ　／Ｙｏ　　＝１−−−−＝（ｓ）
となる。

３式は第６図に示すＸ軸方同径Ｘｏ、ｙ軸方内径ＹＯを
持つ楕円１６を表わす方程式で、弾性体表面の各点はこ
の楕円軌跡を矢印１７方向に周期運動を繰り返す。矢印
１７は各点の速度ベクトルを表わしており、そのＩ成分
は Ｖｘ＝Ｘｏωｃｏｓ（ωｔ＋に、ｒ）　　　　　　・−
−−（４）で与えられ、ｙ成分は、 Ｖｙ＝−Ｙｏω５ｉｎ（ωｔ＋に、ｚ）　　　　　　・
−・・（Ｍで与えられ、弾性体表面ａ点はＸ軸方向に、
Ｖ工。＝Ｘｏω　　　　　　　　　　　　・・・・・・
（６）なる速度を有している。

圧電モータ駆動時に、固定子１７弾性体３の表面は移動
子２．帥ｊ摩耗材７の表面とａ点を通る稜線１８を介し
接触摺動しており、弾性体３と耐摩耗材７間の動摩擦係
数をμ′とすると弾性体３の表面と耐摩耗材７の表面間
に滑り摩擦力ｆ（−μ′ＮＮｚａ点において移動ず２が
固定子１におよほす１垂直抗力）が発生する。このすべ
り摩擦力ｆが移動子２に作用することにより、移動子２
は一定速度ｖｘ０を持つ回転運動を行なう。

しかしながら以上のような構成の圧電モータでは、圧電
セラミクス５の屈曲振動を圧電セラミクス６を挾持して
いる弾性体３およびベースブロック４双方へ伝搬し、弾
性体３へ伝搬する屈曲振動のエネルギーのみにより移動
子２を駆動するため、ベースブロック４へ伝搬される振
動エネルギーが損失分となり、圧電モータにおける変換
効率を低下させていた。

発明の目的 本発明は上記従来の問題点を解消するもので、電気機械
変換効率の優れた圧電モータを提供するとともに、双方
向に移動可能な移動子を有する圧電モータを提供するこ
とにある。

発明の構成 前記目的を達成するため、本発明は分極方向が隣接相互
間で逆方向となる領域にＮ分割されている長さＬの矩形
圧電セラミクス板を２個並置し、上記圧電セラミクスの
互いの両端を未分極圧電セラミクスで接合することによ
り、長さＬの直線部を持ち、中心局長がり、／Ｎの整数
倍となる圧□電セラミクス環を形成し、上記圧電セラミ
クス環と横断面が一致する２個の弾性体で上記圧電セラ
ミクス環を挾持した固定子の両表面を、滑シ摩擦力によ
り直線双方向に駆動されるコ形縦断面を持つ移動子を有
する圧電モータを構成する。

実施例の説明 以下に本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。

第１図は本発明の実施例における圧電モータの構成図で
ある。

固定子２１は、圧電セラミクス２５を２枚の弾性体２３
．２４で挾持して構成し、各層は並置された２個の長さ
り９幅Ｗなる矩形３６．３６ｉ’の両端を所定の周上に
おいて分断された２つの半円環３６にて接合した環状横
断面３７を持つ。（第２図珍魚） 圧電セラミクス２６の分極処理は第２図における矩形３
５．３６’において行なわれる。圧電セラミクス矩形部
３５．３５’は、Ｎ等分されたＮ個の領域３８において
分極方向が隣接相互間で逆方向となるよう分極処理され
ている。環状横断面３７の中心周長３９は、Ｌ／Ｎの整
数倍の値をとり、２つの矩形部３５における分極反転位
置４０゜４１は、２　ｙ、　Ｌ　／　Ｎを基本同期とす
ると、互いに中心円３９上において、１８００位相差を
持つ。

各矩形部３Ｅ５．３５’はそれぞれの両面全域に電極が
塗布されており、リード線２８．２９および３０．３１
を介して駆動電界が加えられる。第３図の３２は固定子
支持で、弾性体２３．２４と側面において結合し圧電モ
ータ本体を保持する。

移動子２２はコ形縦断面を持ち、内側面に耐摩耗材２６
が貼布されている。移動子２２の耐摩耗材２６と固定子
２１の弾性体２３．２４両表面とが相接するよう移動子
２２は固定子２１の直線部を挾持する。移動子２２は、
弾性バネを用いた調圧装置２７を装備しており、固定子
２１の弾性体２３．２４の両表面と移動子２２の耐摩耗
４シ２６の表面との間に所定の垂直抗力が作用する。

以下に本実施例における圧電モータの動作を説明する。

固定子２１を構成する圧電セラミクス環２６の２つの矩
形領域３５．３６’にリード線２８　、２９および３０
．３１を介し、正弦電界および余弦電界を印加すると、
圧電セラミクス環２６は同じ空間的周期２　Ｘ　Ｌ　／
　Ｎを持つか空間的位相および時間的位相が共に１８Ｑ
０相異なる２種の屈曲振動を同時にｈな、　−−詰果、
圧電セラミクス２５を挾持している２つの弾性体２３．
２４の両表面の各点は、第３図に示すよう３式で与えら
れる楕円軌跡４ｏを持つ周期運動を行ない、固定子２１
の弾性体２３と移動子２２との間にはｂＡを通る陵線４
２において摺動運動によるすべり摩擦力ｆを生じせしめ
、同様に固定子２１の弾性体２４と移動子２２との間に
は０点を通る陵線において摺動運動による滑り摩擦力ｆ
を生じせしめる。これによシ移動子２２に対し、２×ｆ
なる滑９摩擦力を作用させることが可能になり、移動子
２２の応答性が向上する。

発明の効果 以上の実施例の説明より明らかなように、本発明に依れ
ば圧電セラミクスの屈曲振動により両面に弾性進行波を
発生させた固定子を、コ形縦断面を有する移動子で挾持
する構造を持つことにより、移動子に作用する滑り摩擦
力を増加することができ、その結果従来の圧電モータに
較べ、応答性に優れ電気機械変換効率が向上する圧電モ
ータを実現可能となり、その実用的効果は大きい。

さらに本発明に依れば固定子の一部にｍｌ線構造を設け
ることにより、移動子を双方向に直線駆動できる簡易な
構成の圧電モータを実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の斜視図、第２図は同要部平
面図、第３図は同要部拡大斜視図、第４図は従来例の平
面図、第５図は同側断面図、第６図は同要部拡大斜視図
である。 ２１　・・固定子、２２・・・・・移動子、２３　、２
４・・・・・弾性体、２５・・・・圧電セラミック。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図　　　　　　　　３２ 針　　　氾　　迫　現 第４図 第５図 第６図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）無端状で周方向に複数個に分極されている圧電素
   子の両面を弾性体で覆って固定子を形成し、この固定子
   の両面を挾持する移動子を設けたことを特徴とする圧電
   モータ。
2. （２）分極方向が隣接相互間で逆方向となる領域に分割
   されている直線状の圧電セラミクスを２個並置し、上部
   圧電セラミクスの互いの両端を未分極圧電セラミクスで
   接合することにより圧電セラミクス環を形成し、上記圧
   電セラミクス環の両面を弾性体で覆って固定子を形成し
   、この固定子の両表面を、挾持し滑り摩擦力により駆動
   される移動子を有することを特徴とする圧電モータ。