JPS6339477A - 圧電式モ−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】 ［発明の技術分野］ 本発明は；［本式モータに関し、特に移動子の回転制御
を容易に行なえるにうにした圧電式モータに関づる。

［発明の技術的前頭とその問題点］ 従来のこの種の圧電式モータの代表的なものとしてＦｉ
間昭５８−１　／Ｉ　８６８２号公報及び特開昭５９−
１２２３８５号公報に開示されたものがある。。

従来のこの種の圧電式モータにあっては、固定子と移動
子どが加圧接触された状態で、固定子にＫＭされた圧電
体素子によって固定子と移動子との接触界面に弾性波が
発生され、この弾性波の波頭の楕円運動にＪ、って弾性
波の信号方向と逆方向へ移動子が回転され又は直進され
る構成である。

このＪ：うｔ’に構成であれば、従来の電磁モータに比
べ、小型、強力、高効率となり、しかもノイズや駆動？
Ａ′８の駆動がばと／υどない利点もある。

しかしながら、このような従来の圧電式モータにあって
は、表面弾ＩＩＩ波の波頭の楕円運動によって移動子が
一方向に進行される構成ぐあるから、移動子の回転数及
びトルクは、圧電体素子に励振された超音波の周波数、
振幅、更には固定子の移動子との接触界面部分に設（）
た弾１７１体の弾Ｉ１１係数に依存する。

その為、移動子の回転数及びＩ〜ルクを制御しにくいと
ともに、この問罪特性が周囲雰囲気温度に影響されて不
安定となり易い。

従って、従来構成によると、移動子の回転数が２０へ一
３Ｏｒｐｍ稈１「シか１！Ｖられないことも多かった。

［発明の目的］ 本発明は上記に鑑みなされ／：　：（、の（・あり、そ
の目的（，１、移動子の回転制御を容易［１つ安定にｔ
ｊなえる圧電式し一夕を提供りることにある。

［発明の概要１ 上記の［１的を達成リ−るため、本発明のＬ１電式七−
タは、支持軸を中心として同一平面内て・放射状にそれ
ぞれが変位されるように、当該吏［、ｒ軸の周囲−Ｆに
装着された複数個の積層形圧電体と、前記複数１１．１
の積層形圧電体が加圧機構として内蔵され、口つ前記支
１、ｌｉ軸の周囲廻りの回転移動を規制されて当該支持
軸と垂直＜ｆ甲面に対して移動可能に設置されイｉ）固
定子と、前記固定子が前記のように平行移動されるｆｆ
ｉに当該固定子によって内周面が押圧されるように、前
記支持軸を同軸中心として回転可能に設置される移動子
とを有し、前記各積層形１Ｆ電体に対して所定の順序で
駆動電圧を逐次印加すること４特徴とり−る。

［発明の実施例］ 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明りる
、１ 第１図は本発明が適用された一実施例の圧電式モータの
要部側断面図である。

このｎｍ式モータは、複数個の積層形圧電体１〜８と、
固定子９と、移動子１０とを備えている。

複数個の積層形圧電体１〜８は、支持軸１１上に一体化
された８角形の固定台１２の各辺にそれぞれ装るされ（
いる。この各積層形圧電体１〜８の；Ｃ１ぞれは全て同
一方向に分極しており、例えば５００Ｖのプラス霜月を
印加Ｊると、支持軸１１と垂直な方向へＱ、１ｍｍ伸び
る。なお、支持軸１１は紙面と平行に設ｃ）られた図示
しない固定板に固定される。その為、各積層形圧電体１
−８の各変位方向が同一平面内で放ｑ・１状どなる。

固定子９は固定台１２の各辺と対向されるように各内辺
が形成された８角形内面を？しており、各内辺に各積層
形圧電体１・〜８が摺動ｉｉ１能に接触される。ぞの為
、各積層形圧電体１へ・８が加圧機構として内蔵された
ものとＧる。

しかも、この固定子９は、積層形圧電体１．同３、同５
及び同７の近傍位買にはイれぞれ固定穴１３、同１／Ｉ
、同１Ｆ）及び同１Ｇが形成、され、この各固定穴１３
〜１６にはそｒＬ′Ｆれ固定棒１７゜同１８．同１９及
び同２０が挿入されてＪ３す、また固定棒１７・〜２０
は上記固定板に固定される。

その為、固定子９は支持軸′１１の周囲廻りの回転移動
を規制されて支持軸１１と重心な平面に対して平行移動
可能に設置されたしのとなる。

このように支持軸１１ど垂直な平面に対して平行移動可
能に設置される固定子９の外側には、移動子１０が設置
されており、この設置状態は固定子９の上記のような平
行移動の毎に固定子９によって内周面か押圧されるよう
に、支持軸９を同軸中心とじ−（回転可能な設置状態で
ある。

上述において、移動子１０の内径と固定子９の外径どの
差が、各積層形圧電体１〜８の変位スト［］−りＪ、り
も小さな値であれば、各積層形圧電体１・−〇の何れか
が伸長される毎に、移動子１０は固定子９によって後述
するように回転されるのに適した押圧力を内周面で受け
ることになる。なお、固定子≦〕の外周面と移動子１０
の内周面とのそれぞれは１べりが生じないにうに表面処
理しておくと良い。

Ｊ、た、固定穴１３〜１６と固定棒１７〜２０とのクリ
アランスを移動子１０の内径と固定子９の外径との差よ
りも大きくしておけば、支持軸１１ど垂直な平面に対し
て平行移動される固定子９の移動の各方位が決定される
。

また、各積層形圧電体１〜８を駆動するために例えば第
２図に示？ＩＪ、う４ｒ駆動回路を用いる、。

第２図にＪ３いて、２１はパルス発生回路Ｃあり、この
パルス発生回路２１　ＬＬ入力端子が正であれば、駆動
パルス発生回路２２へ入力端１［に比例した周波数の１
転パルスを送出し、での入力端子が０て゛あれば、駆動
パルス発生回路２２へその入力端Ｈの絶対値に比例した
逆転パルスを送出づる。３な、４３、パルス発生回路２
１への入力？ＩｆｌｌがＯＶの１易合には、駆動パルス
発生回路２２へ正、逆回れのパルスも送出されない。

こうして駆動パルス発）１回路２２が正転又は逆転パル
スを受りると、この駆動パルス発生回路２２からは積層
形圧電体１〜Ｂのうも相隣接１Ｊる何れか２個の積層形
圧電体に対して常に１１の霜月■を加え、他の積層形圧
電体には電圧を加えないか又負の電圧を加える。ぞし−
で、次の正転又は逆転用のパルスを受りる毎に、ぞの正
の電圧が加わイ）相を逐次切換える。

これ等の様子をタイムブレー１〜で模式的に承りと第３
図の通りとなる。

第３図において、波形（Δ）はパルス発生回路２１に加
わる入力電圧の波形、波形（Ｂ）はパルス発生回路２１
から駆動パルス発生回路２２へ送出されるｊ［転パルス
、波形（Ｃ）はその逆転パルスを示し、また波形■へ・
■は積層形圧電体１〜８にでれそれ印加される正の電圧
波形を示ザ。但し、これらのタイムブド−１〜にａ３い
て、横軸は時間軸、縦軸は電圧１ノベルである。

今、パルス発生回路２１に加わる入力電圧を波形（Ａ）
に示？Ｉにうに設定した場合にあって、その入力電圧が
正の太き＋％−電圧に設定されている時間帯ζ′は、波
形（Ｂ）に示すＪ：うにλ０いパルス間隔Ｃパルス光生
回路２１から駆動パルス発生回路２２へ正転パルスが送
出され、またその入力電圧がｉ「の小さな電圧に設定さ
れている時間帯では正転パルスが比較的長いパルス間隔
で送出される。

その為、波形■〜■に示すように正転パルスの送出タイ
ミング毎に、次々と積層形圧電体１〜８のうら相隣接す
る２個の積層形圧電体に対し正の電圧が逐次印加される
ことになり、最初は積層形圧電体１及び同２に対し同１
Ｎに正の雷１１−が印加され、次にｖ４層形圧電体２及
び同２に対し同時に正転の電圧が印加され、イーの次に
積層形１Ｆ電（４３３及び同４に夕＝Ｊ　して同［、）
に正転の電ｊ］が印加されるという具合に比較的〒いタ
イミングで印加動性が実行される。

しかし、パルス発生回路２１に加わる入力端子が次第に
正の小さな電圧に漸減されてゆくとく波形Δ参照）、波
形Ｂに示ＦＪ　、Ｌうにパルス発（１回路２１から駆動
パルス発生回路２２へ送出されるｉ「転パルスのパルス
間隔が１（くなるから、積層形１「電体１〜８が逐次駆
動されるタイミングがり４応ηるように遅くイＴる。

そして、パルス発生回路２１に加わる人力電灯がＯＶに
なるとく波形△参照）、波形Ｂに承りように、パル発生
回路２１から駆動パルス発生回路２２への正転パルスの
送出が停止１−される１、従って、パルス発〈１回路２
１に加わる入力端子がＯＶどイ１つた時貞からイの人力
宵月−が現われる；１、て゛の間、その入力電圧がＯＶ
ど’：Ｔ　−）　Ｌ、ときに駆動され（い−−ｒ−＋　
　、−。

る積層形圧電ＩＡ　２及び同３が駆動され続（プる。

次いで、パルス発生回路２１に加わる入力電圧がｆｌの
雷ＩＸｆになるとく波形△参照）、波形Ｃに示りＪこう
にパルス発生回路２１から駆動パルス発生回路２２へ逆
転パルスが送出される。

イの為、波形■〜■に示ｔにうに逆転パルスの送出タイ
ミング毎に次々と積層形圧電体１〜８のうら相隣接する
２個の積層形圧電体に対し正の電圧が逐次印加されるこ
とになり、この場合には、駆動される相を積層形圧電体
２及び同３９次に積層形圧電体１及び同２、その次に積
層形圧電体８及び同１の」；うに正転時とは逆向きに切
り変えていく。

このように本発明一実施例は各Ｖ１層形圧電体１〜Ｂに
対して所定の順序で駆動電圧を逐次印加する構成である
。

次に、第１図〜第３図に基づいて構成説明を行なった本
発明の一実施例の作用を説明する。

初期状ｒぷにあって、積層形圧電体１と同２とが駆動さ
れていＩことする。この状態では固定子９と移動子１０
とが積層形圧電体１及び同２の中間位置Ｘを中心として
加圧接触している。

ここで、パルス発生回路２１から駆動パルス発生回路２
２へ正転パルスが１個人ると、積層形圧電体１が駆動解
除となり、積層形圧電体２ど同３とが駆動される。

従って、固定子９と移動子１０どの接触中心は、積層形
圧電体２及び同３の中間位置Ｙに移る。その際、積層形
圧電体２が初期状態から継続し゛て駆動されているので
、固定子９ど移１Ｊ１１子′１０どの間に滑りが発生Ｊ
ること／１く連続的な接触移動が達成される。

以下同様にパルス発生回路２１から駆動パルス発生回路
２２へ正転パルスが’Ｉ　ｆｉｌ、１入る毎に、固定子
９と移動子１０との接触中心が順次移動され、こうして
初期状態から８個「１の正転はパルスが入ると、再び積
層形圧電体１ど同２どが駆動される。

この積層形圧電体１及び１ハｊ２の際駆動状態にあって
は、固定子９の外径ど移動子１０の内（￥どの相違に応
答して、固定子９ど移動子１０どが、初１１ＪＩ状態と
異なる位置部分相互が接触される。

例えば、固定子９の外径をｄ９とし、移動子１０の内径
をｄ　１０とＪるど、接触位置の移動子１゜の内径」ニ
での差は、 π（１１０−πｄ９ となる。

ところが、固定子９は固定穴１３〜１６に挿入された♂
１１定棒１７〜２０によって、固定穴１３〜１６が所有
１−る遊び分のみしか回転されない回転規制構造となっ
ている。

ぞの為、移動子１０が図示関係Ｃは左廻りして内径　」
−て′ πｄ　１０　　πｄ９ だ（ノリ゛れることになる。

従って、パルス発（１−回路２１から駆動パルス発生回
路２２へ正転パルスを連続して加えれば、移動子１０は
連続して左回転される。また、パルス発生回路２１から
駆動パルス発生回路２２へ逆転パルスを連続して加えれ
ば、移動子１ｏは連続して右回転される。

また、移動子１０が左又はｔｉ回転されるときのその回
転数は、正転又は逆転パルスの周波数と移動子９の外径
ｄ９及び固定了盲○の内径（ＩＩＯによってン夫よる。

即ち、正転パルス８個て゛８槓層形ＪＥ　ｆｈ　ＩＡ　
１　”□　８の駆動が１周し、その時に、 （πｄ　ＩＱ−πｄ９）／πｄ　＋ｏ−（ＩＩ　＋ｏ　
−６９＞回転するのであるから、正転又Ｉｉｔ逆転パル
スの周波数をｆどづると、イの■、１の回転数は、（ｄ
　＋ｏ　−ｄ　ｑ　）　／ｄ　＋ｏ　ＸＪ−／８　（１
’１３ｓ　）＝７．５ｘ　（ｄ　１０−’ｄ　９）　Ｘ
、７”／［１＋ｏ　（ｒｌｌｌｌｌ　）となる。

例えば、ｄ　＋ｏ　＝８０．００ｍｍ、ｄｑ＝７９．９
５ｍ　、　ｆ＝４０Ｋｌ−ｌｚとＪるど、１８７．５（
ｒｐｍ）が１ｑられる。

また、移動子１０が左又は右回転されるどぎのその出力
トルクは、固定子９と移動子１０どが８１らないような
最大静止Ｉ９！擦力［によって決まる。

即ち、固定子９と移動子１０との間の最大静圧摩擦係数
μ、各各層層形圧電体〜８から発生する力「及び移動子
１ｏの内径ｄ　１０とがら、■−μＦｄ＋ｏ／２ で求められる。

例えば、ｄ　＋ｏ＝８０．ｏＱｍｍ、１１０．３．Ｆ＝
１００に！Ｊｆとすると、 一丁　−１２０１〈　ｇ　　ｆ　　（ｍｍ）＝１．　　
２Ｋｏ　　　ｆ　　　（ｍ　　　）の１−ルクが得られ
る。

また、各積層形圧電体１〜８あるがある一定の変位を生
じている時に発生する力Ｆは印加する電圧の大ぎさで決
まるため、カＦは電圧を変化させることによって可変す
ることができる。

双」のように、本発明の一実施例構成では移動子１０の
回転数及びその出力トルクを、それぞれ１転又は逆転パ
ルスの周波数と、その出力レベルによって独ｒｔにｆｌ
ｉｌｌ　ｆｉｌｌすることができるため、移動子１０の
回転制御を容易且つ安定に行なえる。

［発明の効果］ 双−ＩＩ２明したように、本発明にあっては、固定子に
は、支持軸を中心として同一平面内で放射状にそれぞれ
が変位されるように、この査）！ｉ軸の周囲上に装着さ
れた複数個の積層形月電体が内蔵されており、しかも固
定子自体は支持軸の周囲廻りの回転移動を規制されでこ
の支持軸と垂直イ１〜Ｉ’　ｉｒ＋ｉに対して平行移動
可能に設置行されている。

その為、固定子の外側に、固定子が平行移動されると内
周面がその固定子に」、って押圧されるように、支持軸
を同軸中心どして移動子を設置−Ｊでおけば、各積層形
圧電体に対して所定の順序で駆動電圧を逐次印加するシ
スアム構成を適用Ｍることによって、移動子の回転制ｔ
２１１を容易且つ安定に行なえる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が適用されＩＪ−実施例の圧電式モータ
の要部側断面図、第２図はその圧電式モータの駆動回路
を示−１図、第３図はその駆動回路の各部分の信号波形
を模式的に示覆タイムヂ＋７−　ｌ”である。 １〜８・・・積層形圧電体 ９・・・固定子 １０・・・移動子 １１・・・支禎軸 １３・〜１６・・・固定穴 １７〜２０・・・固定棒 ２′１・・・パルス発生回路 ２２・・・駆動パルス発生回路 代理人　　弁理士　　三　好　　保　男ｒ＾　　　　（
０ ■　Ｏ■　■　Ｏ■ 手続ネ甫正書（自発） 昭和６１年１２月９日 １′ｉ４：＋−庁長官　黒１）開離　殿１、バ件の表示
　　　昭和６１鉦　特許願第１８２８０７号２、発明の
名称　　　圧　電　式　モ　−　タ３、補正をする者 氏名（名称）　　　（３９９）日産自動車株式会社代表
者　　久　米　　　豊 ４、代理人 住　所　　　　〒１０５東京都港区虎ノ門１丁目２番３
号虎ノ門第−ビル５階 （発送日　　昭和　　年　　月　　日）ｉ／ ６、補正の対象 明細内の発明の詳細な説明の欄１゜ ７、補正の内容 （１）明細μｍ、第２（１、第１　ＦＮ？ｊ　ｌ−ｌに
「駆動音等の駆動が」 とあるのを、 ［駆動音等の騒畠が１ と補正する。 （２）　　明細書、第７頁、第１７（−１［１に、「の
パルスをＪ とあるのを、 「のパルスを」 と補正りる。 （３）　　明細書、第１３貞、り！　７　？Ｔ　Ｉ−１
１，：Ｔ［（ｄ　Ｉｏ　−６９）　、１ とあるのを、 ｒ　（ｄ　＋ｏ−ｔｌ　９　）　／ｄ　ｔｏ　、１と補
正する１゜ （４）　　ｎＪｊ　ＩＩ　ｉ！ｉ　ｍ　１　／Ｉ　頁、
ｍ　（３？−ｒ　ｆｌ乃’ｔゝＩｉ−＋Ｉ　＜１１５Ｆ
＋　７４−ｒ　ＩＩに、 ｌ−’ｌ　　　−１２０Ｋ　　ｇ　　（（ｍｍ）＝１．
２Ｋｑｆ−ｍ　　Ｊ ど補ｊＩ覆る。 以　　　　上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）支持軸を中心として同一平面内で放射状にそれぞ
   れが変位されるように、当該支持軸の周囲上に装着され
   た複数個の積層形圧電体と、 前記複数個の積層形圧電体が加圧機構として内蔵され、
   且つ前記支持軸の周囲廻りの回転移動を規制されて当該
   支持軸と垂直な平面に対して平行移動可能に設置される
   固定子と、 前記固定子が前記のように平行移動される毎に、当該固
   定子によって内周面が押圧されるように、前記支持軸を
   同軸中心として回転可能に設置される移動子とを有し、 前記各積層形圧電体に対して所定の順序で駆動電圧を逐
   次印加することを特徴とする圧電式モータ。