JPS62126872A - 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】 技術分野 本発明は、圧電素子を電力付勢して振動を発生し、この
振動を用いて回虻トルクを得るようにした圧電モータに
関する。

従来技術 第１０図は従来技術の圧電モータ１の一部分の構成を示
す平面図であり、第１１図は第１０図の正面図である。

第１０図および第１１図を参照して、従来技術の圧電モ
ータ１の構成と動作について説明する。圧電モータ１は
、圧電体に電極が形成された圧電素子２の一方表面に、
たとえば鉄Ｆｅなどから形成され圧電素子２の振動を吸
収することなく一方表面から他方表面に伝達する振動伝
達部材３が固定される。圧電素子２の振動伝達部材３と
反対側には、たとえばゴムなどの弾性材料からなる覆筒
部材４が配置される。

振動伝達部材３の圧電素子２と反対側には、周方向に複
数の突起５　ａ＋５　ＪＳ　ｃ＋５　ｄ（必要な場合に
は参照符５で総称する）が形成される。これらの各突起
５は、第１０図および第１１図に示すように、たとえば
振動伝達部材３の周方向に沿−１、一定方向に傾斜して
Ｎ４成される。この各突起５の先Ｆ４部（ｉａ、６ｂ、
ｆ３ｅ、６ｄ（必要な場合には参照符６で総称する）に
共通に接触して、たとえば円板状の回転部材７が配置さ
れる。後述されるようにこの回転部材７が回転されて、
圧電モータとしての駆動力が取出される。

以下に、動作について述べる。圧電素子２の矢符Ａ１方
向の変位は、振動伝達部材３によって伝達され、すなわ
ち振動伝達部材３の回転部材７９の表面は第１１図の仮
想＃ａ！１で示す状態に変位する。このとき、回転部材
７は図示しない構成によってＰｔ５１１図の上方に変位
しないように支持されているので、答突起５はその店端
部を５勤伝達部材３によって回転部材７側に変）・γさ
れ、一方、その先端部６は回転部材７に当接する。した
か−）で各突起５は、第１１図の仮想線！２で示すよう
に傾斜力向にたわみ、このとξ回転部材７が同方向に回
転される。

一カ、圧電素子２の矢１’１−Ａ２方向の縮退変位は、
振動伝達部材３を第１１図の実線で示す位置に変位し、
したがって各突起５の先端６は回転部材７から離間し、
やはり第１１図の実線で示される位置に復帰する。この
ような動作を繰り返すことによって回転部材７を矢符Ａ
３方向に回転駆動することができる。

そのような従来技術の圧電モータ１′ｃ−は、回転部材
７の回転は、振動伝達部材３の突起５の傾斜方向、すな
わち矢符Ａ３方向のみであり、したがって回転部材７　
ｈ−ｔ）取り出される回転としで、一方向および他方向
の双方向の回転を要する上うな用途には用いることがで
きないという問題１点があった。

目的 本発明の目的は、上述の開運、αを解決し、６１戎が簡
略化されるとともに、回転体が一力方向および）竺方向
の双方向に回転することができる改善された圧電モータ
を提供することである。

実施例 第１図は本発明の一実施例の圧電モータ１０の断面図で
あり、第２図は第１図の圧電モータ１０の分解斜視図で
あり、第３図は振！！ｌＪ伝達部材１１の斜視図である
。第１図〜第３図を参照して、本実施例の圧電モータ１
０の構成と動作について説明する０本実施例の圧電モー
タ１０においては、たとえばＰＺＴなどの圧電セラミッ
クス材料から構成され、電極などが形ｒ＆された円板状
の圧電索子１２を周方向から外囲して、たとえば鉄など
の剛性材料からたとえば円環状に形成される振動伝達部
材１１が固着される６ｍ動伝達部材１１の外周部１３に
、半径方向外力に向がって突出しかつ周方向に沿って一
定方向に傾斜した突起１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ
が突設される。

このような振動伝？１５Ｓ材１１を外囲して、円環状の
回転部材である回転子１５が配置される。回（子１５は
７ランノ１Ｇを有し、内輪１７、外輪１８および転動体
１９からなる軸受２０に係止される。

また上述したよ）な構成全体を収納するハウジング２１
が配置され、圧電素子１２とハウジング２１の底板２２
どの間には、たとえばゴムなどの弾性材料がらなり圧電
素子１２の矢符Ｂｌ、Ｂ２方向（第１図の上下方向に沿
う伸縮変位）の振動を吸収することができる緩衝部材２
３が配置され、圧電素子１２と底板２２とに、それぞれ
たとえばシリコンゴムなどの弾性状接着剤などによって
固Ｈされる。

前記突起１４ａ〜１４ｄの周方向に沿う共通する＊ｇに
は、第２圧電素子２６　ａ、２　Ｇ　＋）、２　Ｇ　ｃ
、２（ｚｌ（必要な場合には参照符２Ｇで総称する）が
固着される。これらの第２圧電素子２６において、突起
２４側表面とその反対■す表面とに、′：Ｉｌ極２７ａ
＋２８ａ、２７１＋、２８ｂ、２７ｃ、２８ｃ、２７ｄ
、２８ｃ＋がそれぞれ形成され、振動伝達部材１１の半
径方向の変位を利用する。

第４図は本実施例の圧電モータ１０を駆動する電気的構
成を説明するブロック図である。発振器２つからは、た
とえば正弦波形電圧が発生され、ライン３０を介して増
幅器３１で増幅され、圧電素子１２に与えられる。また
、発振器２つからの正弦波形電圧は、ライン３０からＩ
Ｉ＞岐した分岐ライン３２を介して移相器３３に与えら
れ、ライン３０の電圧よりも位相をたとえば９０度進ま
せる。

移相器３３からの出力は、増幅器３４によって増幅され
て、第２圧電素子２６ａ〜２１３ｄｌ：共通に与えられ
る。圧電系子１２およびｆ５２圧電素子２６ａ〜２６ｄ
のそれぞれ反対側は、共通に接地される。すなわち第２
圧電素子２６ａ〜２６ｄには、共通な位相の電圧が与え
られる。

第５図は本実施例の圧電モータ１０を駆動する電圧の位
相を説明する波形図である。第５図のラインＪ！３は増
幅器３１の出力電圧■１を示し、ライン！４は増幅器３
４の出力電圧ｖ２を示す　ｉ圧＼゛２は、電圧＼・′１
に比較して５〕０度位相が進んでいろ、すなわち出力電
圧Ｖｌ、Ｖ２は下式で表わせる。

Ｖ　１　＝Ｖ　０８ｉｎωｔ　　　　　　　　　　　　
　・＝（１）Ｖ２＝ＶＯ３ｉｎ（ωｔ　−ｒ／２　）　
　　　　　　・’１２　）＼ＩＯ；振幅 ω；角振動数 第６図は本実施例の圧電モータ１０の動作状態を説明す
る図である。第１図〜第６Ｉ２Ｉを参照して、本実施例
の動作について説明する。第６図（１）は、第１圧電素
子１２す３よび第２圧電素子２Ｇのいずれも電圧が印加
されていない場合である。このと島、突起１４の先端部
２５は、回転子１５の内周面２４と離間するように構成
されてもよい。

第６図は（２）は第５図の時刻Ｌ１の場合であり、印加
電圧■１おける最大電圧すなわちｖ　ｉ　＝ｖ。

が印加されており、第２圧ｍ素子２６には、電圧は印加
されていない。このとき、振動伝達部材１１は、半径方
向外方（第６図の上方）に変位し、第６図（２）のｖｉ
想ｉノ５の状態となる。したがって突起１４の先端部２
５は回転子１５の内周面２４に当接ｒろ。

第６図（３）は第５図の時刻［２の場合であり、前記電
圧＼′１は若干低下している一方で、第２圧電素子２６
に印加される電圧■２は、増大している。したがって、
第２圧？Ｉ！素子２６は、半径方向（第６図の上下刃向
）に伸張し、したがって突起１４を矢符Ｂ３方向に屈曲
させる。このとき、突起１４の先端部２５と回転子１５
の内周面２４との摩擦力によって、回転子１５は矢符Ｂ
３方向に変位する。

第６図（４）は第５図の時刻Ｌ３の場合であり、電圧■
１はＯになっている一方で、電圧■２は最大値■Ｏとな
っている。したがって振動伝達部材１１は、第６図の実
線で示した位置に復帰し、第２圧電素子２６の半径方向
の伸張変位によって、突起１４は矢符Ｂ３方向の屈曲状
態を維持する。

第６図（５）は第５図の時ｊｌｌＬ４の場合であり、電
圧ｖｉ＝−ｖｏおよび電圧ｖ２＝０となる。このとき、
第１圧電素子１２は半径方向に縮退し、したがって第６
図（５）の仮想＃ｉノＧの状態となっている。また、第
２圧電素子２６には、電圧が印加されていないので、突
起１４は半径方向に沿ってＫびだ状態である。

第６図（６）は１５５図の時刻ｔ５であり、電圧Ｖｉ＝
ｏおよび電圧Ｖ２＝−Ｖ、Ｏの場合である。このとき、
振動伝達部材１１は、第６図の実線で示しｒこ位置とな
り、第２圧電素子２６の縮退変位に上り、突起１４は前
記矢符Ｂ３と反対方向の矢符Ｂ４方向に屈曲する。

第７図はＰＩＩＪ６図に示す動作を総括的に示す図であ
る。上述したような突起１４の先端部２５の一１αの運
動は、半径方向に沿うｄｌｑｉｎω（の（ｄｌ；振幅）
縦振動と周方向に沿うｄ２５ｉｎ（ωＬ−に／　２　）
（ｃ１２；振幅）の横振動との合成された振動となる、
このような合成振動は、一般に第７図の矢符Ｂ５で示す
楕円軌道を描き、ｄｉ　＝ｄ２のときには、仮想円周に
沿って変位する。このような合成振動変位によって、回
転子１５は矢符Ｂ６方向に回転駆動される。

上述したように回転子１５は、第１図の矢符Ｂ６方向に
口伝駆動される。一方、本実施例の圧電モータ１０では
、前記矢１’ＪＢ６方向の回転とは反対方向の矢符Ｂ７
方向の回転をも得ることがで終る。第８図はこのような
回転方向の切換え動ず竹を行なう構成のブロック図であ
る０発振器２９からの電圧は、一方では移相器３３を介
し切換え手段３５の端子３６に与えられ、他方では切換
え手段３５の端子３７に与えられる。前記端子３６，３
７には、それぞれ端子３８．３９が接続され、これらの
端子３６〜３９に関連してライン４０．４１への出力を
、端子３６．３７，３９．３８から取出すように切換え
る切換えスイッチ３Ｇが配置される。切換えスイッチ３
６がライン４０．４１を接点３Ｇ、３７に接続したとき
、切換えスイッチ４２にはライン４１における電圧と比
較しで、９０度位相が進んだ電圧が与えられる。

一方、切換えスイッチ３６がライン４０．４１を、それ
ぞれ接点３９．３８に接続したとき、第８図に明らかな
ように接点３９．３３の電圧位相は、接点３Ｇ、３７の
Ｔｉ電圧位相比較して逆転している。すなわち位相が１
．１０度ずれていることになる。また、接点３８には移
相器３３によって９０度位相が進んだ電圧が与えられて
いる。したがって接点３８からの電圧は、接点３９から
の電圧に比べて９（）度位相が遅れた電圧となって１・
る。

ナなわ九このようにして、第１圧電素子１２および第２
圧電素子２６への印加電圧の位相に関して、前述した回
転子１５の矢狩Ｂ６方向への回転時における極性と逆極
性の電圧を加えることができる。

このよ）な第２圧電モータ２６への電圧は、第５図にお
けるライン１６に示される。

第９図はこのようないわゆる逆転時における突起１４の
動作を説明する図である。第５図および第９図を参照し
て、矢符Ｂ７方向の回転子１５のいわゆる逆転時におけ
る動作について説明する。

第９図（１）は、第１圧電素子１２および第２圧電素子
２６に電圧が印加されていない状態の図である。この場
合、突起ｔ　４の先端２５と回転子１５の内周面２４と
の間は、離間していてもよい、第９図（２）は１３５図
の時刻　Ｌｌの場合に対応し、第９図（３）は第５［２
１の時刻　し２の場合１こ対応する。

前述の第６図を参照して説明した突起１４および第２圧
電素子２Ｇの動作と相異なる。−χは、第２圧電素子２
６が伸張／縮退する場合に、第９図の逆転時の場合では
１１退／ＩＩＩ＋張することである。したがって第９図
（３）の場合には、第２圧電素子２Ｇは縮退しており、
突起１４は矢符Ｂ８方向に屈曲する。したがって回転子
１５は矢符Ｂ８方向の摩擦力を与えられ、第１図に示す
矢符Ｂ７方向に角変位される。

第９図（４）は、第５図の時刻し３の場合である。

また第９図（５）は、第５図の時刻ｔ４の場合に対応し
、第１圧電素子１２が縮退しているので振動伝達部材１
１は、Ｐｆ４９図（５）の仮想線１９の位置にある。第
９図（６）は、第５図の時刻ｔ５に対応する。

このようにして第８図示のような構成を有する切換え手
段３５を設けることによって、圧電モータ１０は、一方
回Ｖ、および辿方回転の双）ｆ向回軒を行なうことがで
きる。

上述の実施例において、第２圧電素子２Ｇは突起１１’
）Ａｉｆｆｌする一方側に設けられたが、そのほか周方
自画１ｌＩ１部に設けるようにしてもよい。このとき第
６図およびｆｊＩＪ９図を参照して説明した矢符Ｂ３方
向または矢ｒｆＢ？方向の双方向回転が可能であるよう
に、各圧電素子を形成する圧電材料の極性などを選べば
よい。また実施例では、出力電圧■２の位相を出力電圧
ｖ１の位相より９０度進めるよ）にしたが、これを遅ら
せるようにしてもよい。このとき、実施例における矢待
Ｂ７方向の回転が実現されるが、矢符Ｂ３方向の回転を
実現するように、第８図示の構成を選べばよい。

効　　果 以上のように本発明に従う圧電モータは、円板状の第１
圧電素子を備える。この第１圧電素子の半径方向外周部
に、円環状の振動伝達部材が設けられる。この振動伝達
部材の半径方向外周部に゛ｈ径方向外方に突出して弾性
突起が形成される。この弾性突起の周方向側部の少なく
とも一方に、第：？圧電素子が固定される。このような
りｔ我を有ｒる振動伝達部材を周方向に外囲し、半径方
向内周面が前記弾性突起に当接可能な環状の回転体を設
ける。

このとき、第１圧電素Ｔと：ｒＳ２圧電素子とに印加さ
れる電圧の位相を所定の態様に進め、または遅らせるこ
とによって、回転体を一方向および他方向にそれぞれ回
転することができる。このようにして単一の構成を有す
る圧電モータによって、双方向の回転を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の圧電モータ１０の断面図、
第２図は圧電モータ１０の分解斜視図、第３図は振動伝
達部材１１の斜視図、第４図は圧電モータ１０のｉ！Ｘ
的構成を説明するブロック図、第５図は圧電モータ１０
への駆動電圧を説明する波形図、Ｆｉｔ、Ｇ図は突起１
４の動作状態を説明する図、第７図は突起１４付近の拡
大断面図、第８図は回転７−１５の一方向口転および池
方向回転を切換える構成を示すブロック図、第９図は圧
電モータ１（）の逆転時の突起１４の動作を説明する図
、第１０［’ｉ］は従来技術の圧電モータ１の平面図、
第１１図は第１０図の正面図である。 １０・・圧電モータ、１１・・・振動伝達部材、１２・
・・第１圧電素了、１４・・・突起、１５・・・回転子
、２４・・・内周面、２５・・・先端部、２Ｇ・・・第
２匡電素子、２０・・児振器、３３・・・移相器、３５
・・・切換え手段、４２・・・切換えスイッチ 代理人　　弁理士　函数　圭一部 第１図 第３図 第２図 第４図 第６図 第７図 第１０図 第１１図 手本ｚｈコ正Ｓ 昭１０６１年　２月１０日 １、フ　１庁　ｒ＜　　Ｉ曇「殿 特開昭（’、　ｎ　−２６４４３１ ２，２門の名Ｉ、１； 圧電モータ ：１．４Ｈ正ｔする者 可τ　イ牛　、５ｆ＞ｊ″′Ｉ　［出　厚Ｊ　人住　　
所 名称　（５８３）勢下電工沫弐会社 ；−表と ４、代理人 住　所　大阪？ｉｉ西区西本町１丁［３３＠３８号　新
興産ビル国装置ＥＸ　０５２５−５’Ｊ８５　ＨＪＴΔ
ＰＴ　　Ｊ国際ＦＡｘ　ＧｌＩＩ＆Ｇ１１　（ＯＧ）５
３Ｃ，−０２４７６、補正の対象 明相］の発明の詳細な説明の鼎 ７、補正の内容 明ｊ３′３第１１真第２０行口にｔＪ〜１で［ラインｐ
６］とあるを、　　「ライン１７ＪにＳＴ正する。 以　　上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 円板状の第１圧電素子と、 第１圧電素子の半径方向外周部に同軸に固定された円環
   状の振動伝達部材であって、半径方向外周部において半
   径方向外方に突出して設けられた弾性突起を有する、そ
   のような振動伝達部材と、振動伝達部材の弾性突起の周
   方向側部の少なくとも一方に固定された第２圧電素子と
   、 振動伝達部材を周方向に外囲し、半径方向内周面が前記
   弾性突起に当接可能な環状の回転体とを含むことを特徴
   とする圧電モータ。