JPH0465637B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPH0465637B2 JPH0465637B2 JP58219564A JP21956483A JPH0465637B2 JP H0465637 B2 JPH0465637 B2 JP H0465637B2 JP 58219564 A JP58219564 A JP 58219564A JP 21956483 A JP21956483 A JP 21956483A JP H0465637 B2 JPH0465637 B2 JP H0465637B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- vibrator
- rotor
- piezoelectric
- rotating machine
- torsional
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
- H02N2/103—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors by pressing one or more vibrators against the rotor
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/0005—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing non-specific motion; Details common to machines covered by H02N2/02 - H02N2/16
- H02N2/001—Driving devices, e.g. vibrators
- H02N2/0045—Driving devices, e.g. vibrators using longitudinal or radial modes combined with torsion or shear modes
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔技術分野・発明の目的〕
本発明は圧電回転機の改良に係り、ことに圧電
回転機の中でも最も構造が簡単で、しかも最も高
性能とされている「キツツキ型モータ」の二つの
欠点、すなわち、キツツキ歯の摩耗、回転方
向を変えられないこと、の両方を解消した優れた
圧電回転機を提供することを目的とする。
回転機の中でも最も構造が簡単で、しかも最も高
性能とされている「キツツキ型モータ」の二つの
欠点、すなわち、キツツキ歯の摩耗、回転方
向を変えられないこと、の両方を解消した優れた
圧電回転機を提供することを目的とする。
「キツツキ型」モータとは、ランジユバン振動
子で代表される縦モードの超音波振動子に板状の
ヘツドを突け、これを回転子の摺動面の法線に対
し傾斜する方向から圧着することにより、振動し
ながら回転子を斜に突つつくため回転子に大きな
回転トルクが生じ、低速大トルクを特長とするモ
ータである。板状ヘツドは通常複数枚用いられ、
歯のように摺動面を突くから摩耗が大きい。
子で代表される縦モードの超音波振動子に板状の
ヘツドを突け、これを回転子の摺動面の法線に対
し傾斜する方向から圧着することにより、振動し
ながら回転子を斜に突つつくため回転子に大きな
回転トルクが生じ、低速大トルクを特長とするモ
ータである。板状ヘツドは通常複数枚用いられ、
歯のように摺動面を突くから摩耗が大きい。
本発明は先に「スパイラルモード駆動の圧電モ
ータ」および関連技術を数件出願し、歯によつて
摺動面を突く機構を解消し、ねじり結合子を用い
た摩耗の少ない摺動機構を提供したが、それでも
回転子の回転の向きを、電気信号で容易かつ瞬時
に逆転することができず、この種圧電回転機の用
途が限られていた。
ータ」および関連技術を数件出願し、歯によつて
摺動面を突く機構を解消し、ねじり結合子を用い
た摩耗の少ない摺動機構を提供したが、それでも
回転子の回転の向きを、電気信号で容易かつ瞬時
に逆転することができず、この種圧電回転機の用
途が限られていた。
この発明は上述した従来技術の欠点を解消する
もので、ねじり結合子と回転子およびこれらを駆
動する２個の縦モード圧電振動子とからなる圧電
回転機において、一方の縦モード圧電振動子によ
つて励振され、ねじり振動を行つているねじり振
動子の摺動面に対し、もう一方の縦モード圧電振
動子によつて励振された回転子の摺動面が周期的
に圧着される結果、回転子に回転トルクが生じ、
滑らかに回転するだけでなく、周期的に圧着する
回転子の圧着振動の位相を逆転することにより、
回転子が瞬時に逆回転することを特徴とする圧電
回転機によつて目的を達成したものである。以
下、本発明の実施例を図面に従つて説明する。
もので、ねじり結合子と回転子およびこれらを駆
動する２個の縦モード圧電振動子とからなる圧電
回転機において、一方の縦モード圧電振動子によ
つて励振され、ねじり振動を行つているねじり振
動子の摺動面に対し、もう一方の縦モード圧電振
動子によつて励振された回転子の摺動面が周期的
に圧着される結果、回転子に回転トルクが生じ、
滑らかに回転するだけでなく、周期的に圧着する
回転子の圧着振動の位相を逆転することにより、
回転子が瞬時に逆回転することを特徴とする圧電
回転機によつて目的を達成したものである。以
下、本発明の実施例を図面に従つて説明する。
第１図は本発明に用いた縦モード圧電振動子の
一例を示す説明図であり、超音波加工機などに汎
用されているボルト締めランジユバン型振動子の
一種である。厚さ方向に分極された外径35mm、内
径15mm、厚さ２mmのドーナツ状の圧電セラミツク
振動子１0（ここではPb（ZrTi）O3系の高Ｑ高d33
材を用いた）を分極の向きを交互に逆にし、間に
0.2mm厚で同じドーナツ形状の憐青銅板１1を電極
板として挿入し、これら４枚を重ねて積層振動子
１を構成する。これを直径35mm、厚さ20mmのアル
ミニウム振動子２と、直径35mm、厚さ10mmのアル
ミニウム振動子３とでサンドイツチし、これらを
アルミニウム製のボルト４で締めつけた。アルミ
ニウム棒４は振動子２から15mm、振動子３から30
mmつき出た構造になつており、つき出た部分は直
径８mmで、先端に８mmのネジ６が切つてある。
一例を示す説明図であり、超音波加工機などに汎
用されているボルト締めランジユバン型振動子の
一種である。厚さ方向に分極された外径35mm、内
径15mm、厚さ２mmのドーナツ状の圧電セラミツク
振動子１0（ここではPb（ZrTi）O3系の高Ｑ高d33
材を用いた）を分極の向きを交互に逆にし、間に
0.2mm厚で同じドーナツ形状の憐青銅板１1を電極
板として挿入し、これら４枚を重ねて積層振動子
１を構成する。これを直径35mm、厚さ20mmのアル
ミニウム振動子２と、直径35mm、厚さ10mmのアル
ミニウム振動子３とでサンドイツチし、これらを
アルミニウム製のボルト４で締めつけた。アルミ
ニウム棒４は振動子２から15mm、振動子３から30
mmつき出た構造になつており、つき出た部分は直
径８mmで、先端に８mmのネジ６が切つてある。
ボルト４にボールベアリング６をはめ込んだの
ち、ネジに、直径35mm、厚さ５mmのアルミニウム
摺動板５を螺着した（第２図参照）。摺動板５の
摺動面には硬質ゴムがライニングされている。摺
動板５と反対側につき出たボルト４にはボールベ
アリング７をはじめ、その外側からナツト８で締
めつけた。このようにしてでき上つたロータをケ
ースに納め、ベアリング６および７を固定支持し
た。
ち、ネジに、直径35mm、厚さ５mmのアルミニウム
摺動板５を螺着した（第２図参照）。摺動板５の
摺動面には硬質ゴムがライニングされている。摺
動板５と反対側につき出たボルト４にはボールベ
アリング７をはじめ、その外側からナツト８で締
めつけた。このようにしてでき上つたロータをケ
ースに納め、ベアリング６および７を固定支持し
た。
一方、ステータは第３図に示すような捻り振動
子からなり、ローターと同じ圧電セラミツクの積
層振動子１１を、直径35mm、厚さ20mmのアルミニ
ウム振動子１２と直径35mm、長さ40mmのアルミニ
ウム製捻り結合子１３とでサンドイツチし、アル
ミニウム製のボルト１４で締めつけた。捻り結合
子のヘツド部は直径17mm、深さ５mmの孔が穿けら
れ、その中にボルト１４のヘツドを挿入し、スラ
ストベアリングがセツトされ、ねじり結合子をベ
アリングを介して締めつけた。捻り結合子１３は
直径35mm、厚さ10mmのヘツド部１３1と直径35mm、
厚さ10mmの基底部１３2とからなり、両者を20mm
の間隔をおいて支持する様に、２mmの厚さの板９
枚が放射状配列された梁部１３3が固定されてい
る。この３者からなるねじり結合子１３は、梁部
１３3に対して左右対称のヘツド部１３1と基底部
１３2とを、これらの中心軸のまわりに10°程度捻
つた構造になつており、梁板は中心軸に対して斜
めに傾斜している。
子からなり、ローターと同じ圧電セラミツクの積
層振動子１１を、直径35mm、厚さ20mmのアルミニ
ウム振動子１２と直径35mm、長さ40mmのアルミニ
ウム製捻り結合子１３とでサンドイツチし、アル
ミニウム製のボルト１４で締めつけた。捻り結合
子のヘツド部は直径17mm、深さ５mmの孔が穿けら
れ、その中にボルト１４のヘツドを挿入し、スラ
ストベアリングがセツトされ、ねじり結合子をベ
アリングを介して締めつけた。捻り結合子１３は
直径35mm、厚さ10mmのヘツド部１３1と直径35mm、
厚さ10mmの基底部１３2とからなり、両者を20mm
の間隔をおいて支持する様に、２mmの厚さの板９
枚が放射状配列された梁部１３3が固定されてい
る。この３者からなるねじり結合子１３は、梁部
１３3に対して左右対称のヘツド部１３1と基底部
１３2とを、これらの中心軸のまわりに10°程度捻
つた構造になつており、梁板は中心軸に対して斜
めに傾斜している。
結合振動子は、ヘツド部１３1を基底部１３2に
対して伸縮運動すると捻り運動に変換する機能を
有する。そこで、でき上つたねじり振動子に高周
波電圧を印加し、共振状態を励振すると、激げし
い捻り振動が発生する。アルミニウム製のボルト
１４は捻り振動子のヘツド１３1とは反対側の端
面に10mm程つき出ており先端に８mmのネジが切つ
てある。このネジ部をケースにねじ止めすると、
捻り振動子のヘツド部とローターの摺動面とが、
ほとんど接触する位置で対向する（第４図参照）。
対して伸縮運動すると捻り運動に変換する機能を
有する。そこで、でき上つたねじり振動子に高周
波電圧を印加し、共振状態を励振すると、激げし
い捻り振動が発生する。アルミニウム製のボルト
１４は捻り振動子のヘツド１３1とは反対側の端
面に10mm程つき出ており先端に８mmのネジが切つ
てある。このネジ部をケースにねじ止めすると、
捻り振動子のヘツド部とローターの摺動面とが、
ほとんど接触する位置で対向する（第４図参照）。
両者をケースに収納した圧電回転機は捻り振動
子がステータとして捻りトルクを発生し、ロータ
ーはこれに周期的に圧着されることにより滑らか
に回転する。圧電回転機のケースには接触子１
５，１６が配置されており、回転中のローター振
動子の電極板１1をコンミユテータとして接触子
１５，１６から電力が供給される。ステータの捻
り振動子は回転しないから、圧電振動子への電力
は電極板１１1に半田付したリード線１７，１８
を通して供給される。
子がステータとして捻りトルクを発生し、ロータ
ーはこれに周期的に圧着されることにより滑らか
に回転する。圧電回転機のケースには接触子１
５，１６が配置されており、回転中のローター振
動子の電極板１1をコンミユテータとして接触子
１５，１６から電力が供給される。ステータの捻
り振動子は回転しないから、圧電振動子への電力
は電極板１１1に半田付したリード線１７，１８
を通して供給される。
ローターとステータの振動子の共振周波数は、
できる限り一致するように調製されている。ここ
では24.51kHzであり、この周波数で40ボルトを出
力する30Wの発振器によつて駆動した。ステータ
側へは移相器２０と反転スイツチ１９を通して接
続し、位相を調整すると滑らかに回転した。反転
スイツチ１９によつて印加電圧の極性を反転する
と、回転子は逆回転した。本発明の圧電回転機
は、回転数が300r.p.m.附近の低速度の一定回転
で大きな回転トルクを生じるので、通常の電動機
の場合には減速機を用いなければ達成できなかつ
た低速度で大出力を得ることができることが特長
である。
できる限り一致するように調製されている。ここ
では24.51kHzであり、この周波数で40ボルトを出
力する30Wの発振器によつて駆動した。ステータ
側へは移相器２０と反転スイツチ１９を通して接
続し、位相を調整すると滑らかに回転した。反転
スイツチ１９によつて印加電圧の極性を反転する
と、回転子は逆回転した。本発明の圧電回転機
は、回転数が300r.p.m.附近の低速度の一定回転
で大きな回転トルクを生じるので、通常の電動機
の場合には減速機を用いなければ達成できなかつ
た低速度で大出力を得ることができることが特長
である。
なお、上述の実施例では、振動子の素材にアル
ミニウム、正しくは高力アルミニウムと言われる
アルミニウム合金5056材を用いたが、アルミニウ
ムに限らずステンレス等鉄合金、ニツケル合金、
りん青銅などの銅合金などのバネ材を用いても同
様の効果を得ることができる。このことは又、摺
動面の材質についても言えることであり、ゴム、
高分子材料などの硬質耐摩耗材の他に鉋金などを
用いてもよい。
ミニウム、正しくは高力アルミニウムと言われる
アルミニウム合金5056材を用いたが、アルミニウ
ムに限らずステンレス等鉄合金、ニツケル合金、
りん青銅などの銅合金などのバネ材を用いても同
様の効果を得ることができる。このことは又、摺
動面の材質についても言えることであり、ゴム、
高分子材料などの硬質耐摩耗材の他に鉋金などを
用いてもよい。
上述した実施例では回転子と縦振動とを組み合
わせたローターとねじり結合子と縦振動子とを組
み合わせたステータとからなる構造の圧電回転機
を例示したが、ローターと縦振動子とを一体化せ
ず、縦振動子は振動を生じるだけで回転せず、ロ
ーターのみが回転する構造をとることもできる。
また同様にねじり振動子の場合もねじり結合子と
縦振動子とはボルト結合することなく、縦振動の
みを行う縦振動子とねじり結合子とを圧着する構
造でねじり振動を生じさせてもよい。
わせたローターとねじり結合子と縦振動子とを組
み合わせたステータとからなる構造の圧電回転機
を例示したが、ローターと縦振動子とを一体化せ
ず、縦振動子は振動を生じるだけで回転せず、ロ
ーターのみが回転する構造をとることもできる。
また同様にねじり振動子の場合もねじり結合子と
縦振動子とはボルト結合することなく、縦振動の
みを行う縦振動子とねじり結合子とを圧着する構
造でねじり振動を生じさせてもよい。
駆動周波数は振動子の共振周波数を選ぶので、
一般に大型では低周波、小型では50kHzをこえる
高周波となる。また、振動子からボルト突出した
構造は振幅増大構造であり、ボルトの長さを波長
の1/4の奇数倍にし、断面を細くするほど振幅は
拡大される。
一般に大型では低周波、小型では50kHzをこえる
高周波となる。また、振動子からボルト突出した
構造は振幅増大構造であり、ボルトの長さを波長
の1/4の奇数倍にし、断面を細くするほど振幅は
拡大される。
以上説明したように、ねじり結合子と回転子お
よびこれらを駆動する２個の縦モード圧電振動子
とからなる圧電回転機において、一方の縦モード
圧電振動子によつて励振され、ねじり振動を行つ
ているねじり振動子の摺動面に対し、もう一方の
縦モード圧電振動子によつて励振された回転子の
摺動面が周期的に圧着される結果、回転子に回転
トルクが生じ滑らかに回転するだけでなく、周期
的に圧着する回転子の圧着振動の位相を逆転する
ことにより、回転子が瞬時に逆回転することを特
徴とする構成にしたから、回転トルクが大きい割
りには摩擦接触する摺動面の摩耗が少なく、電気
信号に応じて瞬時に一定速度で回転を始め、電気
信号を停止すると、瞬時に回転が止まり、停止中
はローターがステータに圧着されるているため摩
擦抵抗が大きく容易に動かないように保持力が大
きいことも特長である。これらに加えて、構造が
簡単なため製造が容易であるにもかかわらず、電
気機械変換効率が高く、長寿命高信頼性を有する
ことも特長であるが、本発明の最大の特長は高効
率の圧電モータである「キツツキ型」を原型と
し、しかも逆回転を可能にした点にある。なお本
発明の捻り結合子は縦振動を捻り又は辷り振動に
変換する結合子であり、梁の屈曲振動を利用した
ものであり梁には湾曲変形した座屈ばねを使用し
ても同じ効果が得られる。
よびこれらを駆動する２個の縦モード圧電振動子
とからなる圧電回転機において、一方の縦モード
圧電振動子によつて励振され、ねじり振動を行つ
ているねじり振動子の摺動面に対し、もう一方の
縦モード圧電振動子によつて励振された回転子の
摺動面が周期的に圧着される結果、回転子に回転
トルクが生じ滑らかに回転するだけでなく、周期
的に圧着する回転子の圧着振動の位相を逆転する
ことにより、回転子が瞬時に逆回転することを特
徴とする構成にしたから、回転トルクが大きい割
りには摩擦接触する摺動面の摩耗が少なく、電気
信号に応じて瞬時に一定速度で回転を始め、電気
信号を停止すると、瞬時に回転が止まり、停止中
はローターがステータに圧着されるているため摩
擦抵抗が大きく容易に動かないように保持力が大
きいことも特長である。これらに加えて、構造が
簡単なため製造が容易であるにもかかわらず、電
気機械変換効率が高く、長寿命高信頼性を有する
ことも特長であるが、本発明の最大の特長は高効
率の圧電モータである「キツツキ型」を原型と
し、しかも逆回転を可能にした点にある。なお本
発明の捻り結合子は縦振動を捻り又は辷り振動に
変換する結合子であり、梁の屈曲振動を利用した
ものであり梁には湾曲変形した座屈ばねを使用し
ても同じ効果が得られる。
第１図は本発明の圧電回転機を構成する縦振動
子の一実施例を示す斜視図、第２図は第１図の縦
振動子を組込んだ回転子の一実施例を示す斜視
図、第３図は本発明の圧電回転機を構成する捻り
振動子からなるステータの一実施例を示す斜視
図、第４図は本発明の圧電回転機の一実施例を示
す説明図である。 １，１１……積層振動子、１0……圧電板、１
１，１１1……電極板、２，３，１２……振動子、
４，１４……ボルト、５……摺動板、１３……捻
り結合子、１９……極性反転スイツチ。
子の一実施例を示す斜視図、第２図は第１図の縦
振動子を組込んだ回転子の一実施例を示す斜視
図、第３図は本発明の圧電回転機を構成する捻り
振動子からなるステータの一実施例を示す斜視
図、第４図は本発明の圧電回転機の一実施例を示
す説明図である。 １，１１……積層振動子、１0……圧電板、１
１，１１1……電極板、２，３，１２……振動子、
４，１４……ボルト、５……摺動板、１３……捻
り結合子、１９……極性反転スイツチ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ ねじり結合子と回転子およびこれらを駆動す
る２個の縦モード圧電振動子とからなる圧電回転
機において、一方の縦モード圧電振動子によつて
励振され、ねじり振動を行つているねじり振動子
の摺動面に対し、もう一方の縦モード圧電振動子
によつて励振された回転子の摺動面が周期的に圧
着されるとともに、周期的に圧着する回転子の圧
着振動の位相を逆転して回転子が逆回転できるよ
うに構成されていることを特徴とする圧電回転
機。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の圧電回転機にお
いて、縦モードの圧電振動子は、ボルトの先端が
振動の腹になる長さに選ばれ、一方の振動子側に
突き出た構造を取ることにより振幅を拡大するこ
とを特徴とする圧電回転機。 ３ 特許請求の範囲第２項記載のボルトの材質を
振動子と同材質にしたことを特徴とする圧電回転
機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58219564A JPS60113672A (ja) | 1983-11-24 | 1983-11-24 | 圧電回転機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58219564A JPS60113672A (ja) | 1983-11-24 | 1983-11-24 | 圧電回転機 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60113672A JPS60113672A (ja) | 1985-06-20 |
| JPH0465637B2 true JPH0465637B2 (ja) | 1992-10-20 |
Family
ID=16737483
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58219564A Granted JPS60113672A (ja) | 1983-11-24 | 1983-11-24 | 圧電回転機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60113672A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62126874A (ja) * | 1985-11-27 | 1987-06-09 | Taga Denki Kk | 超音波振動子 |
| JPS62152378A (ja) * | 1985-12-24 | 1987-07-07 | Taga Denki Kk | 超音波振動子 |
| US4885499A (en) * | 1988-02-12 | 1989-12-05 | Ngk Spark Plug Co., Inc. | Ultrasonic driven type motor |
| JPH01234067A (ja) * | 1988-03-11 | 1989-09-19 | Nec Corp | 超音波モータ |
-
1983
- 1983-11-24 JP JP58219564A patent/JPS60113672A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60113672A (ja) | 1985-06-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4933590A (en) | Ultrasonic motor | |
| JP3823340B2 (ja) | 振動モータ | |
| JPS58192474A (ja) | 圧電モ−タ | |
| JPH0117354B2 (ja) | ||
| EP0289734B1 (en) | An ultrasonic driving device | |
| Tsujino | Ultrasonic motor using a one-dimensional longitudinal-torsional vibration converter with diagonal slits | |
| JPH0465637B2 (ja) | ||
| JP2998978B2 (ja) | 振動波装置および駆動装置 | |
| JPH0514512B2 (ja) | ||
| JPH0150195B2 (ja) | ||
| JPS60148387A (ja) | 定在波型圧電モ−タ | |
| JP3297211B2 (ja) | 超音波モータ | |
| JPH0150196B2 (ja) | ||
| JP2814583B2 (ja) | 超音波モータ | |
| JP2605121B2 (ja) | 超音波振動子及びそれを用いた超音波モータ | |
| JPH05344759A (ja) | 超音波モータ | |
| JP2599920B2 (ja) | 超音波駆動装置 | |
| CN110380641B (zh) | 一种多级并联双输出轴旋转超声波电机 | |
| JPH069389U (ja) | 振動モータ装置 | |
| CA1301230C (en) | Ultrasonic driving device | |
| JPH0515154B2 (ja) | ||
| JPH0479236B2 (ja) | ||
| JP2980424B2 (ja) | 振動モータ装置及び振動モータの製造方法 | |
| JP2506859B2 (ja) | 超音波モ―タ | |
| JPS6152169A (ja) | 定在波モ−ドを用いた圧電モ−タ |