JPS63242185A - 圧電モ−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］ この発明は、超音波帯の固体共振に基づく進行波を利用
したモータに関し、特に円板状の圧電振動子を利用して
構成された圧電モータに関する。

［従来の技術］ 第２図は、従来の圧電モータの一例を示す。ここでは、
円環状のステータ１の一方面に同じく円環状の圧電振動
板、２が固着されている。圧電振動板２は、第３図に示
すように、隣り合う領域が厚み方向において互いに逆方
向に分極された複数の分極領域２ａ・・・２ｈを有する
。他方、ステータ１の上方にはロータ３が押え板４、ボ
ルト５およびボルト５に外挿されたばね６により圧接さ
れている。なお、７は弾性体、８は支持部材を示す。

第２図の圧電モータでは、圧電振動板２を駆動すること
によりステータｌの屈曲振動と結合されたステータ１の
周方向に進む進行波を形成し、該進行波に基づいてロー
タ３が回転されるように構成されている。

［発明が解決しようとする問題点］ 第２図の圧電モータでは、円環状のステータ１の片面に
のみ円環状の圧電振動板２が固着されているものである
ため、また進行波の発生する外周部で弾性体７を介して
ステータ１および圧電振動板２を支持するものであるた
め、電気−機械変換効率が充分でなかった。

また、上記のように電気−機械変換効率が充分−でなく
、シたがってステータｌ上に発生される進行波に基づく
振幅が小さいので、ステータ１のロータ３と接触される
面を極めて平滑なものに仕上げなければならなかった。

よって、この発明の目的は、電気−機械変換効率に優れ
、かつステータとロータとの間の接触面の精度をさほど
高めずとも大きな回転力の得られる圧電モータを提供す
ることにある。

Ｃ問題点を解決するための手段］ この発明の圧電モータは、円板状のステータと、該ステ
ータの両面に固着された２枚の円板状の圧電振動板とを
備える。各圧電振動板には、隣り合う領域が厚み方向に
おいて互いに逆方向に分極された複数の分極領域が周方
向（こ沿って形成されている。また、円板状のステータ
は、圧電振動板を駆動させた場合に弾性変形する材料に
より構成されている。

上記２枚の圧電振動板は、ステータの主面の外周部分に
おいてステータの撓み振動に結合されて形成される周方
向に進む進行波を発生させるように、互いの相当の分極
領域が相互にずらされた形態でステータの両面に固着さ
れている。

また、ステータは、ステータの中心部分を固定的に支持
する支持部材により支持されている。

さらに、ステータの主面の外周部分に直接または間接的
に当接される被動面を有するロータと、該ロータの波動
面をステータの主面の外周部分に圧接させる圧接手段と
が備えられている。

［作用］ この発明の圧電モータでは、円板状のステータの両面に
円板状の圧電振動板が固着されており、圧電振動板を駆
動させた場合にステータの外周部分において周方向に進
む進行波が発生され、該進行波に基づいてロータが回転
される。この場合、進行波の発生は、ステータの両面に
固着された２枚の円板状の圧電振動板の協働作用による
ため、第２図に示した従来の圧電モータにくべて電気−
機械変換効率をはるかに高くすることが可能とされてい
る。

また、進行波は定在波を重ねたものに相当するため、本
来は固定的なノード点は存在しないが、この発明の圧電
モータではステータの中心部分が支持部材により固定的
に支持されている。よって、ステータの中心部分がノー
ド点となって上記進行波が発生される。よって、ステー
タは振幅の太きな外周部分ではなく中心部分で支持され
るものであるため、支持構造により振動を抑制すること
もない。したがって、ステータの外周部分は第２図の従
来の圧電モータの場合と異なり大きな振幅で振動するた
め、ステータとロータとの接触する面をさほど平滑に仕
上げずともロータを効果的に回転することができる。

［実施例の説明］ 第１図はこの発明の一実施例の分解斜視図であり、第４
図は断面図を示す。第１図および第４図を参照して、金
属のような弾性変形する材料よりなる円板状のステータ
１１の両面に円板状の圧電振動板１２．１３が固着され
ている。

なお、ステータ１１の外周部分には段差を得て円環状の
駆動面１１ａが形成されている。この駆動面１１ａは、
後述するロータの波動面に接触される部分となる。これ
は、圧電振動板１２をロータと直接接触させないために
設けられているものである。したがって、圧電振動板１
２は、駆動面１１ａの内側の凹部ｆｉｂ内に収納された
状態でステータ１１に張付けられている。

圧電摂動板１２．１３には、それぞれ、複数の分極領域
１２ａ　〜１２ｆ、１３ａ　〜１３ｆが形成されている
。各分極領域１２ａ〜１３ｆは、隣り合う領域が厚み方
向において互いに逆方向に分極されている。

また、圧電振動板１２と圧電振動板１３とは、互いの相
当する分極領域（たとえば分極領域１２ａに対し分極領
域１３ａ）が、各分極領域の周方向の幅の１７２の角度
だけずらされた形態でステータ１１の両面に固着されて
いる。これは、側圧・　電振動板１２．１３を駆動した
場合に双方が協働してステータ１１の外周部分に進行波
を発生させるためである。

各圧電振動板１２．１３およびステータ１１の中央には
、それぞれ、開口１５，１６．１７が形成されている。

開口１５．１７は、ステータ１１の中央の突出部１８（
ステータ１１の下面側にも突出して形成されている）に
外挿するために設けられているものである。他方、開口
１６は、次に説明する固定軸２２を挿通させるために設
けられているものである。

支持部材２１には、固定軸２２が立設されている。固定
軸２２の下方部分には雄ねじ２２ａが形成されており、
他方固定軸２２の先端中央には雌ねじの形成された穴２
２ｂが形成されている。上述した圧電振動板１２．１３
が両面に張付けられたステータ１１は、この固定軸２２
に挿通され、上方から雄ねじ２２ａに噛み合わされる雌
ねじが内周面に形成されたナツト２４を用いて支持部材
２１に固定されている。

ステータ１１の上方には、ロータ２５が配置されている
。ロータ２５は、第１図では部分的に切欠いた状態で示
されているが、中央にベアリングを内臓した軸受２６を
有する。したがって、ロータ２５は固′定軸２２のまわ
りに回転自在に取付けられている。ロータ２５の外周部
分には環状突出部２７が下方に突出された状態で形成さ
れている。

この環状突出部２７の下面がステータ１１の駆動面１１
ａと接触される被動面２７ａを構成している。もっとも
、この実施例では、波動面２７ａの表面には、駆動面１
１ａとの接触性を高めるためにたとえばポリウレタン等
からなるライニング層２８が形成されている。したがっ
て、被動面２７ａはライニング層２８を介して間接的に
駆動面１１ａに接触される。なお、場合によってはライ
ニング層２８を設けずに、波動面２７ａを駆動面１１ａ
に直接接触させてもよい。

ロータ２５の上方では固定軸２２にスプリングワッシャ
３１が外挿されており、さらに固定ねじ３２が固定軸２
２の先端の開口２２ｂにねじ止めされている。これは、
ロータ２５を適切な力でステータ１１に圧接させるため
に設けられているものである。

第１図および第４図に示した圧電モータでは、圧電振動
板１２．１３の分極領域１２ａ〜１２ｆ。

１３ａ〜１３ｆは相互に各分極領域の１／２に相当する
角度だけずらされた状態でステータ１１に固着されてい
る。よって、側圧電振動板１２．１３を位相が９０°ず
れた交流信号により駆動すれば、側圧電振動板が協働し
てステータ１１上に周方向に進む進行波が発生される。

この場合、ステータ１１は、ナツト２４および固定軸２
２により中央部分で支持されているため、円板状のステ
ータ１１の１次撓み振動または２次撓み振動と結合した
モードの進行波がステータ１１の外周部分において発生
される。すなわち、ステータ１１の中心部分がノード点
となって、振幅の大きな進行波がステータ１１の外周面
に発生されることになる。

このように、２枚の圧電振動板１２．１３が協働して進
行波が発生されるので、大きな振幅の進行波が駆動面１
１ａ上に発生することになる。よって、ロータ２５は高
い電気−機械変換効率で回転され得る。

また、上述したようにステータ１１の支持はステータ１
１の中央部分で行なわれているため、振幅の大きなステ
ータ１１の外周部分はステータ１１の支持構造に関与し
ない。よって、支持構造によりステータ１１の駆動面１
１ａの振幅を抑制することもないため、駆動面１１ａの
表面をさほど平滑に形成せずともロータ２５を効率良く
回転させることができる。本願発明者達の実験によれば
、従来の圧電モータ（第２図に示したもの）では、ステ
ータの駆動面はサブミクロンオーダに仕上げなければロ
ータを回転することができなかったのに対し、この実施
例の圧電モータでは１〜２μｍの粗さの駆動面であって
もロータ２５を確実に回転させ得ることが確かめられて
いる。

第５図は、この発明の他の実施例に用いられるステータ
４１を示す略図的斜視図である。ステータ４１では、一
方主面の外周部複数のスリット４２が径方向に形成され
ている。したがって、ステータ４１の駆動面は該スリッ
ト４２により複数の駆動領域４３に分割されている。第
１図実施例の圧電モータにおいて、ステータ１１を第５
図のステータ４１に代えると、駆動に際しては第６図に
示すようにスリット４２間で個々の駆動面４３が分離さ
れているのでステータ４１の外周部分が容易に変位し得
る。したがって、同じ厚みのステータで比較した場合、
回転方向の変位量を効果的に大きくすることができる。

よって、電気−機械変換効率をより一層高めることが可
能となる。

第１図および第４図に示した実施例では、側圧電振動板
１２．１３の分極領域１２ａ　〜１２ｆ。

１３ａ〜１３ｆは相当の分極領域が各分極領域の１／２
に相当する角度だけずらされた状態でステータ１１に固
着されていたが、各分極領域の１／２に相当する角度に
限らず他の角度分だけずらされて配置されていてもよい
。要するに、側圧電振動板が協働してステータ１１の外
周部分に進行波を発生させ得る限り、この角度の大きさ
は問わない。

また、ロータ２５はステータ１１の上面にのみ圧接され
ていたが、ステータ１１の外周部分の両面に（すなわち
下面側にも）圧接されるように構成されてもよい。

［発明の効果］ この発明では、円板状のステータの両面に円板状の圧電
振動板が固着されており、側圧電振動板が協働して円板
状のステータの撓み振動と結合された進行波をステータ
の外周部分に発生させる。

よって、従来よりもはるかに高い電気−機械変換効率の
圧電モータを実現することができる。

また、ステータは、中央部分で支持部材により支持され
るので、該駆動一部分がノード点となり、振幅の大きな
ステータの外周部分は支持構造に関与しないので、ステ
ー２のロータと接触される部分の精度をさほど高めずと
も効率良く回転し得る圧電モータを製造することができ
る。よって、圧電モータの製造工程を簡略化し得るだけ
でなく、コストを低減することも可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例の分解斜視図を示す。第
２図は従来の圧電モータの断面図を、第３図は第２図の
圧電モータに用いられる圧電振動板を示す斜視図である
。第４図は、第１図実施例の断面図である。第５図は、
この発明の他の実施例に用いられるステータを示す略図
的斜視図である。第６図は、第５図のステータの動作を
説明するための部分断面図である。 図において、１１はステータ、１２．１３は圧電振動板
、１２ａ　〜１２ｆ、１３ａ　〜１３ｆは分極領域、２
１は支持部材、２５はロータ、２７ａは波動面を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）隣り合う領域が厚み方向において互いに逆方向に
   分極された複数の分極領域が周方向に沿って形成された
   ２枚の円板状の圧電振動板と、前記圧電振動板間に挾持
   されており、圧電振動板を駆動させた場合に弾性変形す
   る材料よりなる円板状のステータとを備え、 前記２枚の円板状の圧電振動板は、ステータの外周部分
   においてステータの撓み振動に結合されて形成される周
   方向に進む進行波を発生させるように、互いの相当の分
   極領域が相互にずらされた形態で前記ステータの両主面
   に固着されており、前記ステータの中心部分を固定的に
   支持する支持部材と、 前記ステータの主面の外周部分に直接または間接的に当
   接される被動面を有するロータと、前記ロータの被動面
   を前記ステータの主面の外周部分に圧接させる圧接手段
   とをさらに備える、圧電モータ。
2. （２）前記２枚の円板状の圧電振動板は、互いの相当の
   分極領域が各分極領域の周方向の幅の１／２の角度だけ
   ずらされた状態で前記ステータに固着されている、特許
   請求の範囲第１項記載の圧電モータ。