JPS6152169A - 定在波モ−ドを用いた圧電モ−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】 〔産業上の利用分野および発明の目的〕本発明は圧電モ
ータの改良に係り、移動子および固定子の接触面の摩耗
を少なくするとともに、出力効率の優れた圧電モータを
提供することを目的とする。

〔従来の技術〕

本発廚者は、圧電厚み振動子、捻り結合子および捻りモ
ード共振子を一体構成したことを特徴とする「捻り七−
ドの超音波振動子」およびこれを用いたことを特徴とす
る「捻りモード駆動のＥＥ圧電モータを提案した。この
捻りモードの超音波振動子における円筒状の捻りそ一ド
共振子には円周をｎ等分し１辷波長を有する屈曲モード
の定在波（ｎ波定在波）が励振されやすく、半波長を周
期とする振動の腹の位置では、振動が隣同志逆位相とな
り、腹黒の振動の軌跡は互いに逆まわりの楕円運動とな
る。このため、円筒状共振子の端面に板面を圧着された
円板状の回転子は、同時に逆まわりのトルクを受けて回
転できない。円板状回転子が回転するのは最も励振され
易いｎ波定在波からずれ次局波数で励振された非対称技
で駆動されたときであり、励振効率が低く出力の割に大
きな電気入力を袂するなど、効率の良い駆動のできない
ことが欠点であった。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は上述した従来技術の欠点を解消するもので、
回転子を介して圧着された移動子と固定子の少なくとも
一方に、振動の腹の軌跡が楕円運動をする超音波振動の
定在波を発生させ、前述の回転子の接触位置を常に振動
の腹の位置に保持する構成としたことを特徴とすること
によって、前述の目的を性成したものである。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に従って説明する。

実施例１ 第１図は本発明の１実施例を示した図であり、１〜７は
捻り・屈曲モード結合型超音波振動子を構成する部品、
８〜１１は回転子を構成する部品である。すなわち、捻
り・屈曲モード結合型振動子とは、圧電厚み振動子ｌと
捻り結合子２および捻り共振子３とをボルト５で締めつ
けて一体化することにより、ｌＥ電電動動子１積層した
端子板６に接続したリード線７に高周波電気信号を印加
した際発生する振動子１の厚み撮動を受けた捻り結合子
２に付いている捻り歯状板で捻り振動に変えて、Ｙシり
共振子を励振し円筒を捻り共振状態に至らしめるもので
あるが、このとき円筒には長さ方向の屈曲振動が発生し
やすく、円筒の開放端面は真円から多角形状に変形する
。この傾向は捻り共振子の円筒の径と高さ及び肉厚の関
係が、捻りモードと屈曲モードとが結合する条件に合う
ように選定されたときに顕著であり、共振子円筒の周面
には波数ｎの定在波が発生する。

たとえば、外径６０調、内径４６　ｗｎ　、高さ５５−
の共振子の場合には、３１．９４　ＫＨｚの正弦波電圧
で励振されたとき波数ｎ　＝　４の定在波が発生し、共
振子開放端面円周に沿って第１図で示したようにロータ
８の回転面を圧着するとロータ８は回転する。

ロータ８の回転が最も激しくなるのは互に４５度ずつ隔
った個所であり、定在波の腹部である。これら８つの腹
部の中間点に振動の節部があり、ここにロータ８を圧着
するとロータ８は回転しない。

各節点の右側の腹部に圧着されたロータ８は時計回り（
矢印１０）するが、左側の腹部Ｉ’ｍ　ＥＥＮされたロ
ータ９は反時計回り（矢印１１）をする。つまり、回転
軸を共振子の直径方向に互いに直交するよう放射状に配
列した四つのロータの回転面を共振子端面の振動の腹部
に圧着するとロータは四つとも同じ向きに回る。

この原理を応用したのが第２図に示した圧電モータであ
り、圧電振動子１１．捻り結合子１２．捻り共振子１３
および座金１４をボルト１５で締め付ける。

座金１４の上部から四方に放射状に直角に突き出ている
回転軸にボールベアリング１８をセットし、これら４つ
のベアリングに円板状回転子１９を圧着した状態で回転
軸１９　ａに嵌合されているベアリングａｔロータ用ベ
アリング１８の回転軸でネジ止めした。このようにして
構成された圧電モータは、リード線１７に３２ＫＨ２の
正弦波電圧を印加°すると回転軸１９　ａが回転を始め
、関ボルトの電圧で３００　ｒｐｍの回転数に達した。

実施例２ 実施例１では同時に一方向の回転出力しか得られなかっ
た。実施例２では２本の同軸シャフトを用いて、時計回
りと反時計回りの逆回転出力を同時に得た例を示す。

第３図に示したように、振動子の基本構成は第２図と同
じであるから説明を省略する。実施例１との相違点は、
出力シャツ）２２及びｎがギアボックス２６にセットさ
れ、シャフトるの端部にそれと垂直に嵌合された傘形ギ
ア２ａと噛み合りたギア２１によって回転軸と一体化さ
れたロータ２０の回転トルクをとり出せることである。

四つのロータｍはギアボックス２６の円筒面から四方に
突き出た形で、回転軸がベアリングによってギアボック
ス２６に固定されている。ギアボックス２６はボルト１
５の先端に径が４餌のボルト２７に通したコイルバネ四
によって座金１４に締め付けられており、そのためロー
タ加が振動子１３の端面に圧着されることになる。

振動子が励振され端面に波数４の超音波楕円振動が発生
すると、直交配置された四つのロータ２０は一斉に同一
方向に回転し、シャフト２２とおとから逆回転出力が得
られた。なお図示するまでもないので図は省略したが、
八個のロータを４５°づつ隔てて六方に配置口たギアボ
ックスを用いて、同一回転出力を得ることも、互に逆の
２回軸出力を得ることも可能である。同一回転出力を得
るにはロータ加に付ける傘形ギア２１の向きを隣り合う
口−タ同志互に逆になるようにセットする。内側向きの
ギアは内側シャツ）２３の傘形ギアと、外側向きのギア
は外側シャツ）２２の傘形ギアと噛み合うように構成し
たので、シャフトおけ遅くシャフトｎは速く同一方向に
回転した。ギアの歯数を変えて両シャフトを一体化し、
強力な回転トルクを出力することができた。

実施例３ 第４図はパイプ４０が出入りするりニアモータの実施例
を示す。捻り屈曲振動子の端面に超音波楕円振動を発生
させ、これをモータの駆動源とすることはこれまでと同
じであるが、捻り共振子の円筒３３の長さを６５簡にし
た。四つのロータ４２は第４図に示したように回転方向
が互いに直交するように配置され円筒３３の端面に圧着
した。締め付はボルト３５は元の方３ｏｒａに１０調の
ネジ山が切られており、それより先は直径８訓の丸棒に
なっており、さらに先端５ｗに８ｒＥＩｎのネジが切っ
てあり、これにストッパー３６がネジ止めされている。

これに外径３５ｍ、内径２０問、長さ１００叫のパイプ
４０を通し、はボールベアリング４１がセットされてい
る。振動子は３１．４４　ＫＨｚと３２．１３　ＫＨｚ
とで共振子、それぞれロータ４２が逆回転するので、パ
イプ４ｏは８０ｍｍのストロークで左右に動かすことが
できた。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、回転子を介して圧着され
た移動子と固定子の少なくとも一方に、振動の腹の軌跡
が楕円運動をする超音波振動の定在波を発生させ前述の
回転子の接触位置を常に振動の腹の位置に保持する構成
にした。そのため、一方向回転を出力することも、互い
に逆回転の二回転出力を同時に出力することも、あるい
は移動子を直線的に前後移動させることも、さらには励
損周波数を変えることにより可逆回転をさせることもで
きるなど用途に合わせて多様化できるなどの効果がある
。ことに移動子を直接固定子に圧着した構成では大出力
を得るために圧着力を犬さくすると摺動面が摩耗するこ
とが問題であるが回転子を介在させることにより摩耗全
減少させることができた。

なお、特許請求の範囲で述べた６回転子を介して土層さ
れた移動子と固定子”という表現は、移動子と固定子が
第２図に示したように対向に圧着されている場合も第４
図のように移動子と固定子の回転子への圧着面が直交し
ている場合も、あるいは第３図に示したように回転シャ
フトの先端のギア状回転子が傘形ギアを通して回転子と
接続され、回転子が退勤端面をなす固定子に圧着されて
いる場合なども意味することは当然である。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明に係る定在波モードを用いた圧電モータ
の原理説明図、第２図、第３図および第４図は本発明の
各実施例に糸る圧電モータの断面図である。 １．１１．３１・・・圧電厚み振動子、２．１２．３２
・・・捻り結合子、３，１３．３３・・・捻り共振子、
５，１５．３５・・・キャップポル）、８．　９．１８
．２０．３８・・・ロータ。 第１図 １υ ｌ：圧電厚み振動子 ２：ぢρす結合子 ３：＃り共振子 ５；キャ・ｌブπ・ルト ８．９．ローフ ｖ；Ｌ２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 回転子を介して圧着された移動子と固定子の少なくとも
   一方に、振動の腹の軌跡が楕円運動をする超音波振動の
   定在波を発生させ、前述の回転子の接触位置を常に振動
   の腹の位置に保持する構成としたことを特徴とする定在
   波モードを用いた圧電モータ。