JPS63110966A - 表面波動モ−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、電歪など静電応力による電気エネルギ
ー機械エネルギ変換を利用して回転力を得る表面波動モ
ータを提供するものである。

〔従来の技術〕

従来から、各種機器に実用されているモータは、固定子
および回転子のうち少なくとも一方に電磁石を用い、こ
れら固定子と回転子間に作用する電磁力を利用して回転
力を得るものが主流である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、このような従来のモータは、 ■巻線に電流を流して電磁力を得るため、発熱量が大き
く、電気エネルギー機械エネルギ変換効率が悪い ■回転速度を小さくするとトルクも低下するため、低速
度でのトルク保持には減速装置を必要とする ■構造が複雑で基本構成部品が多いことから、小型化に
限界がある ■巻線の鋼材や、鉄心、磁石など、比重の大きな材料を
多用するため、軽量化が困難であるといった種種の問題
を有している。

本発明は、上記問題に鑑み、電気エネルギー機械エネル
ギ変換効率の向上、低速回転におけるトルクの向上、構
造の単純化および小型軽量化を達成する目的をもってな
されたものである。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決する本発明の表面波動モータは、可撓
性を有する薄肉筒体の周面に電圧の印加によって歪が生
ずる特性を有する振動子を固着するとともに、この振動
子の周方向複数箇所における表裏両面に対向電極を貼着
し、該各対向電極に位相角の異なる正弦波状あるいはこ
れに類した波形の交番電圧を印加して振動子の歪およＵ
これに伴なう薄肉筒体の歪を周方向に波動させることに
よって１ｇｉ肉筒筒体内接する回転子に回転力を与える
構造としたもので、電磁力を利用していないことを特徴
としている。

〔作　用〕

上記構成において、振動子には圧電素子または電歪素子
（強誘電体）を用い、電圧印加によって周方向への伸縮
歪を生じるが、この振動子は、片面が薄肉筒体に固着さ
れているため、前記歪に伴なって薄肉筒体とともに屈曲
振動する。したがって各対向電極に位相角をずらした交
番電圧を印加することによって、前記屈曲振動は一方向
（周方向）への進行波動となり、薄肉筒体に内接する回
転子にトルクを伝達するようになる。

〔実　施　例〕

以下、本発明に係る表面波動モータの実施例を図面に基
いて説明する。

第１図ないし第３図に示す第１の実施例において、（２
）は本体（１）に形成された可撓性を有する薄肉筒体で
、該薄肉筒体（２）の外周面には圧電セラミックスやそ
の他の圧電素子、あるいはチタン酸ジルコン酸鉛等顕著
な電歪特性を有する強誘電体（電歪素子）よりなる環状
の振動子（３）が重着されている。この振動子（３）の
周方向８等配位置における表裏両面には薄箔状の対向電
極（４）（４°）・・・が貼着されている。（５）は薄
肉筒体（２）の内周面に図示しない潤滑材を介して摺回
動自在に内接するとともに１本体（１）に軸受（７）を
介して挿通された出力軸（６）に軸着されてなり、径方
向断面が楕円状を呈する回転子である。ｒ４肉筒体（２
）および振動子（３）は、自由状態では円筒状であるが
１回転子（５）の組込状態では該回転子（５）外周面と
の接触によって楕円状に歪曲変形している。

振動子（３）は各対向電極（４）（４’）間で一定方向
の電圧が印加されたときには周方向に伸張し、これと逆
方向の電圧が印加されたときには周方向に収縮するが、
その内周面は薄肉筒体（２）に固着された状態にあるた
め、厚さ方向に大きく変位して屈曲振動を行なう、しか
るに、第４図に示すように、互いに　１８０°対称位置
にある対向電極（４ａ）（４’ａ）間と（４ｇ）（４°
ｅ）間、　（４ｂ）（４’ｂ）間と（４ｔ）（４’ｆ）
間、・・・が互いに同位相となるように、各対向電極（
４ａ）（４’ａ）間、−−−（４ｈ）（４°ｈ）間に第
５図に示すような互いに位相角が９０°ずつずれた正弦
波状の交流電圧またはこれに類した交番電圧Ｖｔ・・・
ｖ４をそれぞれ印加すると、振動子（３）およびこれと
一体の薄肉筒体（２）に生じた楕円状の歪は、矢印Ｈ方
向へ順次進行してゆく、すなわち、この進行波動によっ
て回転子（５）に一方向のトルクが伝達され、該回転子
（５）が摺動回転を行なうようになるものである。ここ
で、各対向電極（＜）（４’）は、第３図に示したよう
に正弦曲線の一部で囲まれた形状を呈し、互い違いの向
きとなるように振動子（３）に貼着しであるため、該各
対向電極（４）（４°）によって電気的に分割された振
動子（３）の歪の進行が段階的になることなく滑らかに
行なわれる。振動子（３）に圧電素子を用いた場合は、
歪が印加電圧に比例し、電歪素子を用いた場合は歪は印
加電圧の２乗に比例することから、トルクは電圧の大き
さによって決定され、一方、回転速度は印加電圧の周波
数によって決定される。

したがってトルクと回転速度は互いに独立した関係にあ
る。

つぎに、第６図に示す第２の実施例は、薄肉筒体（２）
の内周面に内歯歯車（８）を形成するとともに、該薄肉
筒体（２）内径よりも適宜小径の回転子（５）の外周面
に基準ピッチが円形状の外歯歯車（８）を形成したもの
で、すなわち外歯歯車（９）の歯数は内歯歯車（８）の
歯数よりも少なくなっている。

この構成において、電歪により振動子（３）およびこれ
と一体の薄肉筒体（２）が楕円状に歪曲変形すると、内
歯歯車（８）と外歯歯車（３）は周方向における２＃ｉ
所（１８０”対称位置）で噛合する。しかるに、前記歪
が矢印Ｒ１方向に進行（回転）すると１回転子（５）は
これと逆方向（矢印Ｒ２方向）に回転し、かつ両歯車（
８）　（９）の歯数の比により、前記歪の回転数に対し
て回転子（５）の回転数を減速させる作用を有する。ま
た、この場合、両歯車（８）（９）の噛合に代えて、薄
肉筒体（２）の内周面と回転子（５）の外周面との摩擦
力によってトルク伝達を行なうこととしても略同様の作
用をなす。

なお、上記再実施例では、振動子を環状体として構成し
たものを示したが、これは各対向電極間毎に分割された
小片状のものであってもよく、対向電極および振動子の
数や形状も限定されるものではない、また、歪の形状は
楕円状に限らず、これを３等配状またはそれ以上の波動
が生じるようにすることも可能〒ある。

〔発明の効果〕

本発明の表向波動モータは、以上説明したように、圧電
素子や電歪素子からなる振動子およびこれと一体の薄肉
筒体の波動の進行によってトルクを発生させるもので、 ■電磁力を利用したものでないため、発熱等によるエネ
ルギ損失がなく、電気エネルギー機械エネルギ変換効率
が向上する ■回転速度とトルクは独立した関係にあるため、回転速
度に拘らず、トルクを一定に保つことができる ■構造が簡単であるため故障が少なく、非常に小型にす
ることができる ■電極に金属を用い、振動子に圧電、あるいは電歪素子
を用いるほかは、すべて樹脂材等で構成することができ
るため、軽量化が図れる ■モータ自体が減速機構を有する構造とすることができ
る 等といった優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明モータの第１実施例の概略構成を示す一
部切断した側面図、第２図は同じく正断面図、第３図は
同じく要部斜視図、第４図は作動説明図、第５図は印加
電圧の波形図、第６図は第２実施例の概略構成を示す正
断面図である。 （１）本体　　（２）薄肉筒体　　（３）振動子（４）
（４’）（４ａ）（４°ａ）　・・・（４ｈ）（４’ｈ
）電極（５）回転子　　（６）出力軸　　（７）軸受（
８）内歯歯車　　（９）外歯歯車 第１図 第２図 第３図 ４′ 第４図 ａ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　可撓性を有する薄肉筒体（２）の周面に電圧の印加に
   よって歪が生ずる特性を有する振動子（３）を固着する
   とともに、この振動子（３）の周方向複数箇所における
   表裏両面に対向電極（４）（４’）・・・を貼着し、該
   各対向電極（４）（４’）・・・に位相角の異なる正弦
   波状あるいはこれに類した波形の交番電圧を印加して振
   動子（３）の歪およびこれに伴なう薄肉筒体（２）の歪
   を周方向に波動させることによって、薄肉筒体（２）に
   内接する回転子（５）に回転力を与えることを特徴とす
   る表面波動モータ。