JPS6339478A - 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］ 本発明は圧電式モータに関し、特に移動子の回転制陣を
容易に行なえるにうにした圧電式モータに関ηる、。 ［発明の技術的背量とその問題点］ 従来のこの種の圧電式モータの代表的なものとしてｖ１
間昭５８−１／１８６８２号公報及び特開昭５≦）−１
２２３８５＠公報に開示されたものがある。 従メ〔のこの種の圧電式モータにあっては、固定子ど移
ＯＪｒとが加圧接触された状態で、固定子に装着された
Ｈ−電体素子にＪ：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
、つ゛Ｃ弾１／１波の進行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、うな構成であれば、従来の電磁モータに比べ、
小型、強力、高効率どイ’ｔ−リ、しが−しノイズや駆
動音等の駆動がほとんどイーい利魚らある。。 しかしながら、この、１、うな従来の圧電式（−−一タ
にあっては、表面弾＋！１波の波＋＋ｎ　（１′）楕円
運ｖノ（こｊ、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１ヘルクは、圧電係累ｒ
に励振された超音波の周波数、振幅中に（，１固定了の
移動子との接触界面部分に設置Ｊ　／；菖中性体の弾ｌ
１１１系数に依存リ−る。 その為、移動子の回転数及びＩ〜ルクを制御Ｉ　Ｌにく
いとともに、この制御時１１が周囲雰囲気温度に影響さ
れて不安定と４ｒり易い、。 従って、従来構成によると、移動子の回転数が２０〜３
０　ｒＤｍ　Ｐｉ’度しか（！１られないこと６多がっ
た。 イこて、本願発明者Ｃ３１１、この種の圧電ｊ（七−夕
に適用づることができるととえられる種々の機構につい
て検討し、実験を小、１コた結里、ロータギアと変形可
能なステータ１ごアによる減速１１・構成される所謂調
和歯車機構（Ｊズ下！１１に調和南中機構と称Ｊる）の
原理を、この種の圧電式モータに適用して、前述した問
題点を解消することにした。 なお、参考の為に調和歯車機構の概略を第６図に１．」
づいて説明する。 ８１：ず、この調和歯車機構の構成を説明すると、０１
は入力軸であり、この入力軸６１は紙面と平（ｉに段り
られた図示ｌ）ない固定板に回転可能に取１」りられて
いる、、また、６２は入力軸６１に一体化された偏心カ
ム、６３は上記の固定板に固定された弾１／１体の円筒
であり、該周面に歯数ｎの歯が切っである。また、６／
Ｉは剛性体の出力軸であり、内周面に歯数ｍ　（但し、
ｍ＞ｎ）が切っである。 ぞの為、偏心カム６２によって円筒６３が内側から押さ
れると、円筒６３のたわんだ部分の歯が出ノ）ｒ吊６／
′Ｉの爾とかみ合うことができる。 このよ゛うな構成の調和歯車機構の作用は次の通りとイ
ｒる。 ７７　Ｊ３、この作用が１明の便宜」こ、円筒６３及び
出力軸６／Ｉの南中の歯に左廻りに順番をつけることと
し、円筒６３の方はＡ＋　、Ａ２　、Ａ３・・・Δｎに
−ご３〜 し、出力軸６４の方はＢ＋、Ｉコ２．・・・１１

【１に
する。 まず、初期状態で歯Δ１ど歯１３１　とががみ合ってい
たどりる。ここで、入力軸（５１に１ｉＩＩＪりの回転
を与えると、次に爾Δ２と歯Ｂ２どががみ合い、その次
に歯Δ３どＶＡ１３・１とかみ合うというＪ、うに順次
かみ合って行くが、人力軸６１が１回転すると、円筒６
３と出力軸６／Ｉとの歯数の違いがら歯Ａ１と爾Ｂｎ　
ｔ−１がかみ合う。 ところが、円筒６３はｌ／、ｌ定板に固定されＣいるた
め、歯ＡＩの位置変化がない。即ら、出力軸６４が出力
１９１１６４の歯数ｍと円筒６：３の歯数ｒ１どの歯数
差分ｍ−１１だ（〕左側へ回転する。 こうして、出力＠６４が１回転りるには、人力軸６１が
（ｍ−ｎ）／ｍ回だ４Ｊ回転しなｉＪればならｔＴい。 従って、出力軸（３／ｌにおいで、入力軸（５１の回転
数が（ｍ−ｎ　）　／ｍ　ｌ！’ｔ　（円１ｔ’ｔ）６
３の外径ｄＡ及び出力軸６４の内ＩＹｄ　ｎ　０表４つ
けば（ｔＩｎ−ｄ　Ａ　）　／＋Ｉ　ｎ倍）に減速され
る。 ［発明の１］的１ 本発明の「１的は、」−述した調和歯車機構の原理−４
＝ を利用して、移動子の回転制御を容易月つ安定に行イ【
える圧電式し一夕を髭供することにある。 １′Ｒ，明の概要］ １記の］ｉ的を達成ηるため、本発明の圧電式モータは
、支りｌ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」二に装着された
複数個の積層形圧電体と、前記複数個の積層形圧電体が
内蔵され、且つ前記支持軸と垂直な平面に対して平行移
動可能に配置される剛性体リングと、前記複数個の積層
形圧電体及び前記剛性体リングの組合せが加圧機構とし
て内蔵され、且つ前記支持軸を同軸中心として設置され
る弾性体のステータリングと、前記ステータリングが前
記加圧機構に押圧されて弾性変形される毎に、当該弾性
変形部分が内周面に圧接されるにうに、前記支持軸を同
軸中心として回転可能に設置される剛＋Ｉｌ：　（Ａの
［］−タタリクとを有し、前記各積層膨圧団体に対して
所定の順序で駆動電圧を逐次印加Ｊることを特徴とηる
。 ［発明の実施例」 以下、本発明の実施例を図面に基づい”ｃ　：Ｔ　ｌ１
ｌｌに説明する。 第１図は本発明が適用された一実施例の月−重代モータ
の要部側断面図である。 この圧電式モータは、複数個の積層形月電体１〜８と、
剛性体リング９ど、弾ｔ’１体のステータリング１０と
、移動子どしζ構成される剛ｆ１１体のｒ−】−タリン
グ１１とを備えている。。 複数個の積層形１［電体１・〜Ｆ３は、支ト“１軸２１
−Ｉ゛に一体化された８角形の固定台２２の各辺にデれ
ぞれｇｉされており、「１′つ各先端部分が剛１（１体
リング９の内周面になめらかに接触されるよ゛）に各キ
ャップ１ａ〜８ａを設りている。この各積層形圧電体１
〜８のうち各積層形月電体１・〜・４は、例えば５００
Ｖプラス電住を印加りると、（ｉ　、　ｌ　１ｎｌｌｌ
伸びる方向に分極さけ′Ｃおり、＋ｌｌ＋−各積層形１
ｔ電体ゴ〜４は、例えば５００　Ｖ　）Ｖ／７）スｔｌ
ｉ　／−１−＋　ｆｉｌ加するとＯ，ｉｍｍ延びる方向
に分極さｌ！’（いく）９、なお、支持軸２１は紙面と
’Ｉ’　？ｊに設【Ｊられだ図示しない固定板に固定さ
れる３、その為、６積層形圧電Ｋ　１〜８の各変位方向
が同一平面内で放射状となる、。 剛竹体リング９は、各積層形圧電体１〜８が内蔵され、
口つ支持軸２１と垂直な平面に対して平行移動可能に配
置角される。 弾Ｍ体のステータリング１ｏは、各積層形圧電体１〜８
及び剛ｆ／Ｌ　（Ａリング９の組合けが加圧機桐どして
内蔵され、目っ支持軸２１を同軸中心として設置占され
る、。 剛１９体のロータリング１１は、ステータリング１０が
上記加圧Ｂ１４ｆ４に押圧されて弾性変形されるｍに、
この弾ゼ１変形部分が内周面に圧接されるように、支Ｌ
ＩｆＩＩＩＩ１２１を同軸中心として回転可能に設置ν
Ｉされる１゜ １阿ｉにａメいＣ、ステータリング１ｏどロータリング
′１１どの接触両面は、摩擦係数が大ぎくなるＪ：う（
に式面処ｊｉｌ＋されている１、これは、積層形圧電体
１″−・８の各変位ス１〜「１−夕が０．１ｍｍ程度で
あり、これにス・１応させて調和歯車機構のように歯車
を噛合またり、離したりザることか困難であることによ
る。従って、積層形圧電体１へ・８の変位ス１ヘローク
を大きくとることがで、きるのて゛あれ（Ｊ【、ステー
タリング１０ど【］−タリング１１との接触両面を歯車
としてら良い１゜ また、各積層形圧電体１−・８を駆動−りるｌ、：めに
例えば第２図に示−！Ｊ−Ｊ、うイ「駆動回路を用いる
。 第２図において、３１は正弦波発振器３２（ま位相／Ｉ
５°Ｈれ装量、３３１；ｌイ１′１４１１（、）０°ジ
Ｙれ装置１９．３４は位相１３５°ｙヱれ装置Ｎ−ｃあ
り、積層形用電体１と同５どには正弦波発振器３３１の
発振出力が直接的に印加される。槓層形几電体３どｌ１
ｉｌ　７どには正弦波発振器３１の発振出力が位相９０
’Ｍれ装置３３を介し゛Ｃ印加される。積層形Ｌｉ２電
（４４ど同８とには正弦波発振器３１の発振器ツノがイ
ｏ相ジヱれ装置３４を介して印加される。 このように、各積層形月−電体１・−８を駆動さけるた
め、４種類の電圧パターンを用意し、これにより支持軸
２１を挾んで相対した積層形月雷体に対して同時に同一
の駆動電圧を印ツノ１目−るｊ：）のである。 次に、第１図及び第２図に基づいで溝成説明を行なった
本発明の一実施例の作用を第３図（Ａ）。 （［３）を参照しつつ説明Ｊる。 今、第３図（△）に示すＪ、うに、正弦波発振器３１の
発振出力の電圧パターンを正弦波Ｓ＋　、位１（ｌ　４
５°遅れ装置３２を介して１↓１られる電圧パターンを
ｉｌＥ弦波Ｓ２、位相９０’遅れ装置３３を介１）で１
！Ｉられる電圧パターンを正弦波Ｓ３、位相１３５°評
れ装置３４を介して１９られる電圧パターンを正弦波Ｓ
４と覆る。 これ等正弦波Ｓ＋〜Ｓ４が各積層形圧電体１へ・８に対
して一］二連した関係で印加される際、時刻［１〜［６
の各タイミングにお（Ｊる各積層形圧電体１へ一ε３の
各変位量を第３図（Ｂ）に示す。但し、第３図（Ｂ　）
においては、ピーク時に１とし、その他の１１．１は印
加電圧に比例した値として示しである。 この第３図（Ｂ）に示Ｊように、各ｇＩ層形圧電体１−
・８の変位量ピークが時刻ｔ１〜ｔ８ともに順次還移さ
れ、１周期で一巡される。 その為、剛性体リング９が調和歯巾機構の（−心カムと
同様に機能されＣ、ステータリング１０の弾性変形部分
が］］−タリング１１に対し−Ｃ次々と連続的に圧接さ
れる、。 従って、ステータリング１０と［−１−タリング１１と
の間にすべりがないときに、１弦波発振器３１の発振出
力の電Ｌ（−パターンに与えられた周期がｆであれば、
ロータリング′１１はステータリング１０の外径：１で
１０、］−］１−タリング１の内径：Ｒ１１の場合に、 （Ｒｎ　−Ｒ＋ｏ　）　／　Ｒｕ　Ｘ　、ｆ−回転数に
相当すにうに回転される１゜ 例えば、Ｒ＋ｏ　：　４９　、９ｍｍ、Ｒｈ　：　Ｅ）
０　、０ｍｍ、正弦波発振器３１の発振出力の周波数＋
　１０　Ｋ　１−＋７であれば、ロータリング１１　Ｆ
　＋町１られる出力（３１、（５０、０−４９、９＞　
／　５０　、０Ｘ１０Ｘ１０” ＝２０（＋・ＯＳ　） ＝　１２００　（ｒｐｍ　） の回転数となる。 このように本発明の一実施例では、すべりが生じイＴい
範囲に（１）いてｌ−ｌ−タリング１１の回転数は、＋
１−弦波発振器３１の発振出力の周波数と、ステータリ
ング１０及び［１−タリング１１の直径寸法とに依存η
ることになる。 ６（、た、リベリが生じない範囲において、ロータリン
グ１１の１゛・ルクはステータリング１０とロータリン
グ１１どの間の静止摩擦係数μとステータリング１０及
び［］−タリング１１との間に押しつ（Ｊる力をりえる
積層形ＩＴ−電休電体Ｂに印加する電Ｂの振幅とに依存
する。 このようなことから、本発明の一実施例によれば、１丁
１〜タリング１１の回転数とその１ヘルクとを、イれぞ
れ正弦波発振器３１の発振出力の周波数及びその振幅に
Ｊ：って独立に制御することができるので、「１−タリ
ング１１の回転制御を容易且つ安定に行イｒえイ）。ま
た、このようなことから数１００　ｒｌｌｌｎｌｌｌｎ
間転を容易に得ることができる。 次に本発明が適用された他実施例の圧電式モータに′）
いてその構成及び作用を述べる。 この他実施例にあっては、要部側断１ｍ形状ＣＩ第１図
に示す通りであるが、積層形圧電ｆＡ　１−８のそれぞ
れは全て同一方向に分極しており、例えば５００Ｖのプ
ラス電圧を印加１Ｊるど、支ド１Ｉ１１１２１と垂直な
方向へＱ、１ｍｍ伸びる。 従って、各積層形圧電体１〜８を駆動りるための駆動回
路を例えば第４図に示？ｌＪ：うに形成づる。 第４図において、４１はパルス発生回路であり、このパ
ルス発生回路４１は入力？ｔｆ　Ｉ’ｉ−が１１（ｉｌ
すれば、駆動パルス発生回路４２へ入力電圧に化１？ｌ
　Ｌ、　／こ周波数の正転パルスを送出し、イの入力型
１１が【１（゛あれば、駆動パルス発生回路４２へ′Ｃ
の入力型Ｆ１の絶対値に比例した逆転パルスを送出りる
、。 こうして駆Ｖ」パルス発生回路／１２が１１転又は逆転
パルスを受ｃ〕るど、この駆動パルス光１１回路１２か
らは積層形圧電体１−・８のうら相隣接覆る何れか２個
の積層形汁電体に対して常に正の電圧を加え、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３
、そし−（、次の正転又は逆転パルスを受ける毎に、そ
の汀、の電圧が加わる相を逐次切換える。 こしｔらの様子をタイムヂャ−１へで模式的に示すと第
５５図の通りどなる。 第５ｊ図において、波形（Ａ）はパルス発生回路４１に
加わる入力波形、波形（Ｂ）はパルス発生回路４１から
駆動パルス発生回路４２へ送出される正転パルス、波形
（Ｃ）はその逆転パルスを示１ノ、また波形■〜■は積
層形圧電体１〜８にそれぞしし印加される正の電圧波形
を示す。但し、これ等のタイムヂレ〜Ｉ〜において、横
軸は時間軸、縦軸Ｌ−Ｌ電圧レベルである。 今、パルス発生回路／１１に加わる入力電圧を波形（Δ
）に承り−Ｊこうに設定した場合にあって、その入力型
１■が正の犬サナ電圧に設定されている時間帯では、波
形（Ｂ）に示Ｊ−ように短いパルス間隔（・パルス発生
回路４１から駆動パルス発生回路４２へ正転パルスが送
出され、またその入力電圧が正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。 −’ｔ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１１電体１・〜ε３のう
Ｉう相隣接ηる２個の（＾層形圧電体にス・１し正の電
圧が逐次印加されることになり、Ｉυ初は積層形圧電体
１及び同２にり・１し同時に１Ｆの電ｊ１か印加され、
次に積層形ＪＴ電体２及び同Ｊ）に対（７回１１、Ｉに
＋ｌ−転の電圧が印加され、その次に積層形１１電体３
及び同４に対して同！Ｔ、’ｊに１１転の？ｔｉ　Ｉ”
ｉが印加されるという具合に比較的〒いタイミングて゛
印加動ｖ１が実行される。 しかｌ）、パルス発生回路／′１１に加わる人力宵月が
次第に正の小ざな電１ｆに漸減さねてゆくとく波形△参
照）、波形Ｂに小！Ｊ３」、−）にパルス発生回路２１
から駆動パルス発（１回路７′Ｉ２へ送出されるｉ１転
パルスのパルス間隔が長くなるから、積層形■電体１〜
８が逐次駆動されるタイミングが対応りるように遅くな
る。 そし−Ｃ、パルス発１１回路４１に加わφ入力電１１が
ＯＶになると（波形△参照）、波形［３に／ｊ１す５１
、うに、パルス発生回路４１から駆動パルス発生回路４
２への正転パルスの送出が停止りされる。１従つどイｆ
−）ｋ時魚からその入力電圧が現われるまでの間、ｔの
入力電圧がＯＶとなったときに駆動され″（いる積層形
圧電体２及び同３が駆動され続ける。 次いで、パルス発生回ｆｆｌ／１１に加わる入）Ｊ電圧
／）＜　Ｃ１の電圧に＜ｉると（波形Δ参照）、波形Ｃ
に示１Ｊｌ、うにパルス発／ｌ、回路２１から駆動パル
ス発生回路／Ｊ２へ逆転パルスが送出される。 その為、波形■・〜■に示１Ｊ：うに逆転パルスの送出
タイミングｆｉＪに次ノアと積層形圧電体１〜８の−）
り相隣接りる２個の１ｉ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Ｊ、うに正転
口、１とは逆向きに切換えていく。 このｊ、うに本発明仙実施例は各積層形圧電体１・−８
（、ニス・１して所定の順序ひ駆動型Ｌ「を逐次印力１
する構成である。 次に第１図、第４図及び第５図に基づいて構成説明をＩ
−ｉ　１．ｔっだ本発明の他実施例の作用をｒｌ（）明
１する。 初１１１１状態にあって、積層形１１電休′１ど同２ど
が駆動されていたと覆る。この状態で＋、１ス１−−−
タリング１０の積層形圧電体′１及び同３の中間位１Ｎ
が剛性体リンク９に押１Ｆされてとしく弾着ゆ形されて
ロータリング１１へ圧接される。 次いでステータリング１０の積謂形圧電体２及び同３が
駆動され、この中１７７１位１ｄが著しく弾ｔ／Ｉ変形
されてロータリング１１へ圧）シされる。 その次にステータリング１０の積層形Ｉ１．　？ｔｆｆ
ｉ体３及び同４が駆動され、この中間位置が著しく弾＋
１１変形されて［」−クリング１１へｊ「接されるとい
う具合に、ステータリング１０の／ｌｌＩｌｌ形される
部分が一巡されて、再び積層形１１市体１及び同２が駆
動される。 このｖｉ層形圧電体１及び同２の再駆動状態にあって、
剛刊体リング９の外径とＩＪ−クリン１）１１の内径ど
の相違に応答しく、スラークリング］０とロータリング
１１どが、初期状態ど異イする１）γＰＩ部分相！１が
１＆触される。 従っ【この（１１２実施例にあっても剛性体リング９は
１ｂはり調和歯車機構の偏心カムと同様に開化され（、
スＪ−タリング１０の弾性変形部分が１コータリング１
１に対し次／／と連続的に圧接される。 この上・）すことから、本発明の他実施例によねば、［
−１−クリング１′１の回転数とその］ヘルクどを、パ
ルス発生回路４１に加わる入力電圧のレベルに応答さけ
−（独立に制御１づることができる。 ［発明の効！ｌｌ！　１ 以上説明した」−うに、本発明にあっては、調和歯車機
構の（−１心カムの機能を、放用状に配置した積層形１
１電体によって実現づる構成としたため、ｆ’ｊ−クリ
ングの回転数及びその出力１−ルクを、各積層形１［電
体への印加電圧の周波数お」：びその振幅によ−）て独
立に制御することができる。従って、［１−クリングの
回転制御を容易に口つ安定に行なえる。

【図面の簡単な説明】

第１図１．Ｌ本発明が適用された一実施例の圧電式モー
タの要部側所内図、第２図＃Ｊぞの圧電」℃［−夕の駆
動回路を示Ｊ図、第３図は各積層形圧電体への駆動電圧
印加パターンを小Ｊ図、第４図は本発明が適用された他
実施例のｎ本式七−りの駆動回路を承り図、第５図は−
ｆの駆ＷＪ＋回路の各部分の信号波形を模式的に示１ノ
タイｌ＼ブ］・−１−１第６図は本発明の開発段階で試
験した機構の説明図である。 １〜８・・・積層形圧電体 １ａ〜８ａ・・・ギ１！ツブ ９・・・剛ＶＩ体リング １０・・・ステータリング １１・・・ロータリング ２１・・・支１ご■軸 ２２・・・固定ｆ？ ３１・・・正弦波梵振器 ３２・・・イ）７相／１５°近れ装置 ３３・・・イイｌ相９０″；Ｉｌｊ　４’Ｌ菰胃３４・
・・ＩＣ１相１３５°Ｈれ装置 ４１・・・パルス発生回路 ４２・・・駆動パルス発生回路 代理人　　弁Ｌ！ｌ土　　三　好　　保　男−１紛’ｔ
：？＋ｌｉ　ｉｆ　　Ｎｌ２　（白丘）１１１ｒｌｌに
　ｌ　ｊｌ　（２＋１ｔＩ１１４ｊ＋１：′１７−ｉｆ
＊Ｔ’ｔ’　　黒ＩＩＩ　　ｌ！ＩＩ　ｋｉｔ　　Ｉ＃
１　、１１’ｌの！、小　　　昭和（３１’ｌ　　ｉ’
ｌ　ｉ＋’ｌ頽第Ｈ（２ＦＮＯｌｌシ（２、丘１η１の
名相Ｉｆｔ：　　’＋ｔｔ’　　ｒｃ　　Ｌ　　〜　　
り３、補１）をりるｒ 代入名　久米　１：′） 虎ノ門第　じル５）階 （介送日　　１１ｒ１和　　イ１　　月　　１−１）６
、補１「の幻３！ 明細−４のブを明の訂＄１１１な説明の欄、。 ｔ、ン＋ｌｉ　ｉｆの内容 （１）　　１１１国１１Ｊ（、第３ミ１：、！、第２　
＃ｊＩ’ｌに、１の駆動か１ と（１りるのを、 １の騒）′Ｉか１ ど袖１し１と）１゜ （２）　　ｎｒｌ＃Ｉｆｌｊ；、’）Ｔ　６　ｊ’ｌ、
第１８行１−１に、１層形月団体Ｉ とあるの４、 Ｈ？ｉｌｌ幻ド１１召木１

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内蔵され、且つ前記支持軸
   と垂直な平面に対して平行移動可能に配置される剛性体
   リングと、 前記複数個の積層形圧電体及び前記剛性体リングの組合
   せが加圧機構どして内蔵され、且つ前記支持軸を同軸中
   心とし設置される弾牲体のステータリングと、 前記ステータリングが前記加圧機構に押圧されて弾性変
   形される毎に、当該弾性変形部分が内周面に圧接される
   ように、前記支持軸を同軸中心として回転可能に設置さ
   れる剛性体のロータリングとを有し、 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。