JPS6318975A

JPS6318975A - 圧電モ−タ

Info

Publication number: JPS6318975A
Application number: JP61163133A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Fujimoto; 克己藤本; Jiro Inoue; 二郎井上
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1986-07-10
Filing date: 1986-07-10
Publication date: 1988-01-26

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】［産業上の利用分野コこの発明は、超音波帯の固体共振に基づく進行波を利用
する形式の円環状モータに関し、特に円環状圧電振動子
の厚み縦振動モードを利用して構成された圧電モータに
関する。

［従来の技術］円環状圧電振動子を利用して構成された圧電モータが超
音波モータとして知られている。

円環型圧電振動子の代表的な振動モードは、第２図（ａ
）〜（ｃ）に示すように、（ａ）周方向（呼吸）振動、
（ｂ）面内撓み振動および（ｃ）軸方向面外撓み振動が
存在する。

第３図は、上記（ｃ）軸方向面外撓み振動を利用した圧
電モータを示す。ここでは、円環状振動子１に対してロ
ータ２が、押え仮３、ボルト４およびばね５により圧接
されており、第２図（Ｃ）に示した振動モードで圧電振
動子１が振動し、発生した進行波を利用してロータ２が
回転するように構成されている。

他方、電子通信学界超音波技術研究会報告ＵＳ８４−５
０第１頁〜第８頁（１９８４）には、上記（ａ）の周方
向伸縮振動を利用した圧電モータが提案されている。

［発明か解決しようとする問題点コ進行波は、定在波を重ね合わせたものに相当し、該定在
波のモード点が時間とともに移動するものととらえるこ
とができ、よって上記いずれの振動モードを利用した場
合であっても固定ノード点は存在しない。したがって、
圧電振動子の特定の部分て支持した場合、該支持部分が
ノード点となるような振動姿態をとることになり、所望
の振動モードの進行波の発生が妨げられる。

また、第３図に示した圧電モータでは、ロータ２が圧電
振動子１に対して圧接されているので、この圧接力がス
テータすなわち圧電振動子１に直接加わり、その結果圧
電振動子をロータ２で強くダンピングすることになるた
め、振動一回転の変換効率が低くならざるを得ない。

さらに、従来から報告されている圧電モータは、上記振
動モードを利用するものであるためｄ３１方向の圧電ト
ルクを利用するものである。しかしながら、ｄ３１方向
の圧電トルクは、一般にｄ３、方向の圧電トルクに比べ
て小さく、大きなトルクを得るには自ずと限界がある。

よって、この発明の目的は、ｄ３３方向の圧電トルクを
利用す８ことができ、したがってより大きなトルクか得
られ、かつ圧電振動子の支持の容品な圧電モータを掲供
することにある。

［問題点を解決するための手段］この発明の圧電モータは、厚み縦振動モードで振動され
て進行波を発生させ、かつ直接または間接的に重なり合
うように配置された第１および第２の円環状圧電振動子
を備える。第１および第２の円環状圧電振動子は、支持
体により支持されている。

また、各圧電振動子の他方の圧電振動子と重なり合う面
と逆の面にそれぞれ固定されており、各圧電振動子の振
動に伴って円環状圧電振動子の軸方向に沿って振動する
環状振動板を先端に宵する第１および第２のホーンと、上記ホーンの環状振動板を挾持するように取付けられて
各環状振動板に圧接されているロータとを備える。

［作用および発明の効果］この発明の圧電モータは、厚み縦振動モードで振動され
る第１および第２の円環状圧電振動子と、該円環状圧電
振動子の振動に伴って振動される環状振動板を先端に有
する第１および第２のホーンとを用いて構成されるもの
であるため、圧電振動子の６３３モードを利用すること
ができ、よってｄ３１方向の圧電トルクを利用した従来
の圧電モータに比べてはるかに大きなトルクを得ること
ができる。

厚み縦振動を利用しているものであるため、重ね合され
た第１および第２の円環状圧電振動子の中間点がノード
点となり、したがって進行波の発生を妨げることなく、
簡単な支持構造で圧電振動子を支持することができる。

さらに、環状振動板が圧電振動子の軸方向に沿って振動
するように構成されているので、双方の環状振動板を挾
持するように取付けられたロータを用いるだけでロータ
を環状振動板に圧接させることができる。よって、ロー
タを圧接させる構造も簡略化することができる。

［実施例の説明］この発明は、第４図に示すように、第１および第２の円
環状圧電振動子１１．１２に、先端に環状振動板１３．
１４を有するホーン１５．１６を固定し、円環状圧電振
動子１１．１２を厚み縦振動モードで振動させれば、第
５図に一点鎖線Ａで示すように環状振動板１３．１４が
外周部および内周部で大きく変位し得ることに着目して
なされたものである。すなわち、第４図の円環状圧電振
動子１１．１２において厚み縦振動モードの進行波を発
生させれば、環状振動板１３．１４の変位が環に沿って
移動されることになるため、該環状振動板１３．１４に
ロータを圧接させることにより圧電モータを構成するこ
とができる。

第１図は、上記着想に基づいて構成された一実施例の断
面図を示す。ここでは、円環状圧電振動子２１．２２が
、金属板２７ａ、２７ｂを介して貼り合わされている。

第１および第２の圧電振動子２１．２２の重なり合う面
と逆の面には、ホーン２５．２６が固定されている。ホ
ーン２５は、第６図および第７図に示すように、先端に
環状振動板２３を有し、ホーン２６も同様に先端に環状
振動板２４を有する。よって、円環状圧電振動子２１．
２２が厚み縦振動モードで振動した場合、第５図に示し
たように各環状振動板２３．２４が、内周縁および外周
縁で円環状圧電振動子２１，２２の軸方向に沿って大き
く変位することがわかる。

次に、円環状圧電振動子２１．２２に進行波を発生させ
る構造につき説明する。第８図に示すように、圧電振動
子２１は、分極処理された複数の領域２１ａ・・・２１
ｄ、２１ｆ・・・２１ｉならびに未分極の領域２１ｅ、
２１ｊを有する。分極された各領域においては分極方向
はすべて厚み方向であるが、（図示のΦは上面から下面
方向へ分極されていることを示し、○は下面から上面方
向へ分極されていることを示す。）互いに隣接する領域
が厚み方向に逆に分極処理されている。また、分極領域
２１ａ・・・２１ｄ、２１ｆ・・・２１１の中心角をθ
としたとき、未分極領域２１ｊの中心角はθ／２であり
、未分極領域２１ｅの中心角は（３／２）θである。よ
って、第１励振源を構成する分極領域２１ａ・・２１ｃ
ｌと、第２励振源を構成する分極領域２１ｆ・・・２１
１とに、第１１図に示すように位相を９０’ずらした駆
動信号を与えれば、発生される波は、次式％式％（で表わされる進行波となることがわかる。したがって、
円環状圧電振動子２１にロータを圧接させれば、該進行
波によりロータを回転させ得ることがわかる。

なお、第１０図に示すように、他方の円環状圧電振動子
２２も同様に構成されており、第１励振源を構成する分
極領域２２ａ・・・２２ｄ１ならびに第２励振源を構成
する分極領域２２ｆ・・・２２１と、未分極領域２２ｅ
、２２ｊとを有する。もつとも、各分極領域の分極方向
は、重ね合わされる他方の円環状圧電振動子２１と逆方
向とされている。たとえば、圧電振動子２１の分極領域
２１Ｈに重なり合う圧電振動子２２の分極領域２２ａは
、分極領域２１ａと逆方向に分極されている。これは、
圧電振動子２１と対称な進行波を圧電振動子２２に発生
させ、圧電振動子２２の下面においてもロータを圧接さ
せて、変換効率を高めるためである。

なお、圧電振動子２１と圧電振動子２２との間に挾持さ
れている金属板２７ａ、２７ｂは、第９図に示す環状金
属板２７を用いて構成されている。

第９図を参照して、金属板２７は、対向するように配置
された外方突出部２７ｃ、２７ｄを有する。

この外方突出部２７ｃ、２７ｄは、圧電振動子２１．２
２を両面に貼り合わせた後に、第９図の一点鎖線Ｘ、Ｙ
に沿って切断することにより除去される。これによって
、金属板２７は、金属板２７ａ、２７ｂに分割されてお
り、各金属板２７ａ。

２７ｂが、圧電摂動子２１．２２の第１の励振源ならび
に第２の励振源に重なり合うように配置されており、第
１図に示すように該金属板２７ａ。

２７ｂの内周部に駆動信号を与えるためにリート線３１
．３２か接続されている。

第１図に戻り、ホーン２５．２６の環状振動板２３．２
４の上下には、ロータ半体３３．３４が、環状振動板２
３．２４を挾持するように取付けられている。すなわち
、ロータ半体３３．３４はたとえばシリコンゴムのよう
な弾性体３５を介してボルト３６により相互に近接する
ように固定されており、それによって環状振動［２３，
２４に圧接されている。したがって、円環状圧電振動子
２１．２２に生じた進行波に伴って環状振動板２３゜２
４の内周縁および外周縁か環に沿って順次変位するに従
い、ロータ半体３３．３４が回転されることになる。

なお、ロータ半体３３．３４には、それぞれ、環状振動
板２３．２４と接する側に環状凹部３３ａ、３４ａが形
成されている。環状凹部３３ａ。

３４ａは、環状振動板２３．２４の変位の小さな領域す
なわち中央部との接触を断ち、環状振動板２３．２４の
変位の大きな領域すなわち内周縁および外周縁でロータ
半体３３．３４を圧接させるために設けられているもの
である。したがって、この実施例では環状凹部３３ａ、
３４ａが形成されているため、環状振動板２３．２４の
変位をより効率的にロータ半体３３．３４の回転力に変
換することが可能とされている。

なお、第１図実施例では、円環状圧電振動子２１．２２
は、金属板２７ａ、２７ｂを介して貼り合わされていた
が、第１２図に示すように、円環状圧電振動子２１．２
２を直接貼り合わせてもよい。もっとも、第１２図実施
例の場合には、支持筒２８に固定するために、一方の円
環状圧電振動体２２の内径を他方の円環状圧電振動子２
１の内径よりも小さくしている。したがって、上下の円
環状圧電振動子２１．２２の振動を正確：＝対称形とす
るためには、第１図実施例の方が好ましい。

さらに、第１図実施例では、ホーン２５．２６として基
部から環状振動板２３．２４の取付けられた先端に至る
に従って幅が狭くなるように構成された形状のものを用
いたが、第１３図に示すように、幅が一定のホーン４５
．４６を用いてもよい。もっとも、第１３図のホーン４
５．４６においても環状振動板４３．４４との接合部分
の幅は環状振動板４３．４４の幅に比べてかなり狭くさ
れている。これは、第５図に示したように環状振動板の
内周縁および外周縁で大きな変位を得るために必須だか
らである。

さらに、第１図実施例では、ロータ半体３３゜３４はス
テータ側を外周部から包み込むような形状に構成されて
いたが、第１４図に示すようにステータ側を内側から包
み込むようなロータ半体５３．５４を弾性体５５を介し
て重ね合せてもよい。

もっとも、この場合には支持体としての支持筒５９は圧
電振動子２１．２２の外周に配置されることになる。

さらに、ロータを構成するロータ半体３３，３４．５３
．５４についても、上述のような２割体で構成する必要
は必ずしもなく、一体的なロータを用いて各環状振動板
を挾持するように構成してもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例の断面図である。第２図は、円環状圧電振動子の振動モードの例を示す模
式図である。第３図は、従来の圧電モータの一例を示す
断面図である。第４図は、ホーンが固定された円環状圧
電振動子を説明するための断面図、第５図は環状振動板
の屈曲状態を説明するための模式図である。第６図およ
び第７図は、ホーンの斜視図および断面図である。第８
図は、第１の円環状圧電振動子を示す斜視図、第９図は
圧電振動具間に配置される金属板を説明するための斜視
図、第１０図は第２の円環状圧電振動子を示す斜視図で
ある。第１１図は、進行波を発生させる機構を説明する
ための模式図である。第１２図は、この発明の第２の実
施例を示す断面図である。第１３図は、ホーンの他の例を説明するための断面図で
ある。第１４図は、この発明の第３の実施例を説明する
ための断面図である。図において、２１は第１の円環状圧電振動子、２２は第
２の円環状圧電振動子、２３．２４は環状振動板、２５
．２６はホーン、３３．３４はロータを？１Ｍ成するロ
ータ半体を示す。（ほか２名）　“”ｊ：ｔｊｐ□ 第２図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　厚み縦振動モードで振動されて進行波を発生さ
せ、かつ直接または間接的に重なり合うように配置され
た第１および第２の円環状圧電振動子と、前記第１および第２の円環状圧電振動子を支持する支持
体と、前記各圧電振動子の他方の圧電振動子と重なり合う面と
逆の面にそれぞれ固定されており、各圧電振動子の振動
に伴って円環状圧電振動子の軸方向に沿って振動する環
状振動板を先端に有する第１および第２のホーンと、前記各ホーンの環状振動板を挾持するように取付けられ
て環状振動板に圧接されているロータとを備えることを
特徴とする、圧電モータ。
（２）　第１および第２の圧電振動子は金属板を介して
重ね合わされている、特許請求の範囲第１項記載の圧電
モータ。