JPS63181681A - 圧電素子モ−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〕 本発明は圧電体を利用したモータに関するものである。

〔従来技術〕

従来の、圧電素子を用いたモータは第５図に示すように
、圧電素子に電圧をかけることによって振動体２に発生
した振動である進行波または定在波な、摩擦力を利用し
て可動体１に伝達するように構成されていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

そこで、トルクを大きくとるためには可動体１と振動体
２とを強い力で密着させる必要があり、このために、そ
れらの接触部分の摩擦が激しいという欠点があった。

また、振動体２を共振させて用いるために、振動体２の
固有振動数が問題であり、そのために振動体２の材料の
選択範囲が狭いという欠点があった。

本発明の目的は上述の欠点を除去し、振動体と可動体と
の摩耗等か大幅に改善され、また、構造的に減速機能を
もっているために大トルクが得られ圧電性セラミック板
には大きな応力がかからず破損等の問題も少ない、圧電
素子モータを得ることにある。

〔問題点を解決するための手段］ かかる目的を達成するために、本発明の圧電素子モータ
は内歯を有する円環と、円環に遊挿されると共に、円環
とは歯数の異なる外歯を有する弾性変形部材と、弾性変
形部材の内周のほぼ全面に内接した圧電体とを具え、圧
電体の少なくとも１箇所に通電したときに圧電体が、外
歯な有する円環の半径方向外方所定方向に膨出して、内
歯とが噛合するように構成したものである。

〔作　用〕

歯数の異なる複数の歯車と圧電体とを具えた歯車機構に
おいて、弾性変形部材を変形させる手段を用いることに
よって高効率コンパクトなモータの作製が可能となる。

〔実施例〕

以下、第１図ないし第８図を参照して本発明の実施例を
詳細に説明する。

第１図は本発明の圧電素子モータの構成を示す。１は可
動体、２は振動体、３はフランジ、４は圧電性セラミッ
ク板である。可動体１は内側に歯車が切れらでおり、振
動体２は弾性変形可能な薄肉の部材の外側に歯車が切ら
れている。フランジ３は振動体２を固定し、圧電性セラ
ミック板４は振動を発生させる。

第２図は本発明の一実施例の駆動原理を示し、Ｐ１〜Ｐ
８は圧電性セラミック板である。第３図は圧電性セラミ
ック板Ｐ１〜Ｐ８に印加する電圧のタイミングを示し、
縦軸には電圧Ｖ、横軸には時刻ｔをとる。第４図は圧電
セラミック板ＰＩ−Ｐ８の貼り付は位置とそれらに電圧
を印加するための接続法を示す。

８枚の圧電性セラミック板を振動体２の内側に貼り付け
た場合の、本発明の一実施例の動作を以下に説明する。

上述の第１図のような構成において、可動体１の内歯歯
車に振動体２の外歯歯車を噛合した状態で、第２図にお
ける８枚の圧電性セラミック板Ｐ１〜Ｐ８に、第３図に
示すような位相の異なる正弦波交流電圧を印加する。こ
れらの印加した正弦波交流電圧が最大値をとる時刻ｔｌ
〜ｔ５における振動体２の弾性変形形状を第２図に示す
。圧電性セラミック板Ｐ１〜Ｐ８が電圧によって変形し
、この変形によって振動体２は楕円状に弾性変形され、
時刻が進むにつれて、この楕円は長径の両端で部分的に
可動体１の内歯にかみ合いながら回転する。

ところが、可動体１の内歯の歯数Ｎ枚に対して、振動体
２の外歯の歯数はそれよりもＭ枚少なく切っであるため
に、振動体２が１回転した時、可動体１は歯数の差Ｍ部
分だけ回転すやことになる。したがって可動体１の回転
数Ｕは次式で表わされる。

たたしｆは電圧セラミック板は印加す る交流電圧の周波数（Ｈｚ　） 以上のように、圧電性セラミック板か８枚の場合の一実
施例を説明したが、圧電性セラミック板の枚数は２枚以
上であれば何枚でもよく、この枚数を変化させても何ら
本発明の木質を変えない。

第５図は本発明の他の実施例を示す図であり、振動体２
の内側へ４枚の圧電性セラミック板Ｐ１〜Ｐ４を貼り付
ける場合の配置と、それらへの電圧印加方法を示す。図
示のようにＰＩとＰ３、Ｐ２とＰ４とが接続されて、位
相の異なる正弦波交流電圧が印加される。

第６図は本発明の他の実施例を示す図であり、振動体２
の内側へ、はぼ中空円筒状に作製した圧電性セラミック
板を挿入して電圧を印加する場合の印加方法と、この場
合の分極方向とを示す。中空円筒状に作製した圧電性セ
ラミック板をＰ１〜Ｐ８の部分に分けて電圧を印加する
。このことによって８つの部分の分極方向を変化させる
ことができるので、圧電性セラミック板を８枚用いた場
合と同様の作用が得られる。

第７図は本発明の他の実施例を示し、第１図で示した実
施例とは構成が異なっている。図において１，２．４は
第１図の参照番号で示されるのと同一のものを示し、５
は固定体である。内側に歯数Ｎの歯車を切った可動体１
、歯数が可動体１よりもＭ枚少ない歯車を切った固定体
５、固定体５と同数の歯数をもつ弾性変形可能な振動体
２および振動体２の内側に圧電性セラミック板４を２枚
以上貼り付けた構成をとれば、第１図〜第３図において
説明したように、振動体２を楕円状に変形させながら回
転させると、可動体１の歯車の歯数は振動体２のそれよ
りもＭ枚多いので、可動体１はＭ／Ｎの減速比で減速さ
れて回転する。この場合固定体５は歯車の歯数が振動体
２の歯数と同数であるので回転しない。したがって固定
体５を固定しておけは可動体１は相対的に回転すること
になる。本構成においては非常に薄形のモータとするこ
とが可能となる。

また、電圧印加方法を変更することにより、本発明はパ
ルスセータ的な使い方をすることもできる。すなわち、
第２図において圧電性セラミック板Ｐ１〜Ｐ８に第８図
のようなシーケンスをもったステップ状の電圧を人力パ
ルス毎に加えると、１人力パルスにつぎ一定の回転角度
で可動体１が回転する。その減速効果を考えると非常な
高分解能をもつパルスモータとなり得る。

以上説明したように本実施例においては、歯数の異なる
複数の歯車で構成された歯車機構において、弾性変形部
材を変形させるものとして圧電性セラミック板を用いる
ことにより、 １）磁力を全く用いず、また減速用のギア等が不要であ
るモータの構成が可能となり、発熱が少なく、高効率で
コンパクトなモータの作製が可能となった。

２）構成を変えれば中空円筒状のモータとすることも可
能であり、たとえばカメラのレンズを中空円筒内側に構
成して駆動させる等が可能となり、コンパクトなモータ
の作製が可能となった。

３）圧電性セラミック板に印加する電圧の印加力法を変
えれば、連続回転する肛モータ的にも使用でき、またオ
ープンループ制御において位置決め等を可能にするステ
ップモータ的にも使用することが可能となった。

〔発明の効果〕

本発明は歯数の異なる複数の歯車と圧電体とを具えた歯
車機構において、弾性変形部材を変形させる手段を用い
る構成としであるので、トルク特性を改善した汎用性あ
る圧電素子モータ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を示す構成図、第２図は木廃
明の駆動原理を示す説明図、第３図は圧電性セラミック
板に印加する電圧のタイミングを示す説明図、 第４図は圧電性セラミック板を８枚用いたときの配置と
接続を示す説明図、 第５図は本発明の他の実施例として圧電性セラミック板
を４枚用いたときの配置と接続を示す説明図、 第６図は本発明の他の実施例として圧電性セラミック板
の分極方向を変えるように電圧を印加する方法を示す説
明図、 第７図は本発明の外の実施例として薄形化が可能な構成
を示す構成図、 第８図は本発明の他の実施例としてステップモータ的な
使用をするとぎの印加電圧のタイミングを示す説明図、 第９図は従来の圧電素子モータの構成図である。 １・・・可動体、 ２・・・振動体、 ３・・・固定フランジ、 ４・・・圧電性セラミック板、 ５・・・固定体、 Ｐ１〜Ｐ８・・・圧電性セラミック板。 本発明の７万引列を示す不λへ図 第１　薯 第７図 −ＡＩ：１ら−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）　内歯を有する円環と、 該円環に遊挿されると共に、該円環とは歯数の異なる外
   歯を有する弾性変形部材と、 該弾性変形部材の内周のほぼ全面に内接した圧電体とを
   具え、 該圧電体の少なくとも１箇所に通電したときに該圧電体
   が、前記外歯を有する円環の半径方向外方所定方向に膨
   出して、前記外歯と前記内歯とが噛合するように構成し
   たことを特徴とする圧電素子モータ。 ２）　前記圧電体を２枚以上の板としたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の圧電素子モータ。 ３）　前記圧電体に印加する電圧の印加方法を変えるこ
   とにより、交流モータ的にもステップモータ的にも使用
   し得ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の圧
   電素子モータ。