JPS62100179A

JPS62100179A - 圧電モ−タ

Info

Publication number: JPS62100179A
Application number: JP60240030A
Authority: JP
Inventors: Takashi Takada; 高田　孝; Masateru Ishibashi; 誠輝石橋
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1985-10-25
Filing date: 1985-10-25
Publication date: 1987-05-09

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】１支　術　をン　野本発明は、圧電素子を駆動して進行性振動を発生させ、
この振動によって駆動力を得るようにした圧電モータに
関する。

背景技術たとえば円環状であって周方向に選択的に分極処理され
た圧電系子を用い、この圧電素子の一方表面に取付けら
れた振動部材表面に進行性振動を発生させて、この振動
部材表面に圧接された回転子を摩擦駆動するいわゆる圧
電モータとして、特開昭５８−１４８６８２および特開
昭５９−９６８８１などに示される従来技術がある。こ
のような従来技術の圧電モータでは、重連したような構
成を有する分極処理された圧電素子に位相がずれた正弦
波電圧を選択的に印加し、進行性振動を発生させるよう
にしていた。

このような従来技術の圧電モータでは、圧電素子の一方
表面にのみ振動部材が取付けられているので、圧電素子
の他方表面は回転子の駆動には寄与していない。したが
って圧電素子に印加される電気エネルギーが、回転駆動
に変換される効率が低いという問題点があった。

目　　　　的本発明の目的は、上述の問題点を解決し、圧電素子に与
えられる電気エネルギーを有効に回転子の回輔エネルギ
ーに変換することができる改善された圧電モータを提供
することである。

実施例第１図は本発明の一実施例の圧電モータ１の縦断面図で
あり、ｔＩＳ２図は圧電モータ１の分解斜視図であり、
第３図は第１図の簡略化した平面図である。第１図〜第
３図を参照して、圧電モータ１の構成について説明する
。圧電モータ１は、天井部２を有する直円筒状のハウジ
ング３と、ハウジング３の底部に取付けられる底板４と
を含む。

底板４の挿通孔５には軸受６が取付けられ、回覧軸７の
円柱部８が、回転自在に支持される。回転軸７はｉｉ「
配回柱部８と軸直角断面がいわゆる小判形の嵌合部９と
を含む、ｆｆ５Ｃ合部９の円柱部８との接続部付近には
円板状の回転板１０が固定される。回転軸７の嵌合部９
は、嵌合部９の軸直角断面と対応する形状の嵌合孔１１
が形成された円板状の回転板１２を挿通し、天井ｇ２の
挿通孔１３に取付けられた軸受１４によって回転自在に
支持される。

また前記回転板１０．１２間には、回転板１０゜１２の
半径より小径な外径を有す・る円環状の圧電素子１５と
、圧電素子１５の回転板１２側に固定され、たとえば鉄
などの金属材料から円環状に形成される上部振動部材１
６と、圧電索子１５の回転板１０ｇＪＡに固定され、そ
れぞれが大略的に半円弧状で、たとえば鉄などの金属材
料から形成される一対の下部振動部材１７．１８とが設
けられる。

下部振動部材１７．１８の相互に対向する端部間には、
電気絶縁性を有し、比較的高硬度のプラスチックフィル
ムなどから成る絶縁部材１９．２０が固定される。また
回転板１０と軸受６との間、および回転板１２と軸受１
４との開には、それぞれコイルばね２１，２２が配置さ
れ、回転板１０゜１２をそれぞれ近接する方向にばね付
勢する。

また圧電索子１５、上部振動部材１６およびＦ部振動部
材１７．１８とから成る（み成は、固定片２３．２４．
２５によって、ハウジング３に対して軸線回りに角変位
しないように固定される９この固定片２３，２４．２５
は、たとえばシリコンゴム系の接着剤などであり、固化
した後であっても弾性を有するような材料が選ばれる。

第４図は圧電素子１５の分極状態を示す図であり、第５
図は第４図の切断面線Ｖ−Ｖがら見た断面図である。第
４図および第５図を参照して、圧電素子１５の分極状態
について説明する。本実施例における圧電素子１５のた
とえばＰＺＴなどの圧電性セラミックス材料から形成さ
れる円環状のＴＴ：、電体２６は、たとえば４つの領域
が分極処理される。即ち後述されるように圧電素子１５
が駆動さｊｔて、振動部材１　Ｇ、１７．１８表面で得
られる進行性振動の表面波の波長をλとすると、圧電素
子１５を栴戊する圧電体２６の一仮想直径線１１に関し
て、圧電体２６との一方側交差点を中心にλ／４の幅の
無処理領域２７と、圧電体２６の他力側において、前記
仮想直径線！１を中心に、幅λ／４の無処理領域２８と
が残される。

残余の領域は、それぞれλ／２の周方向長さに区分され
て厚み方向の変位を生じるように分極処理が行−なわれ
、分極領域２９ａ、２９ｂ；３０ａ、３０ｂが得られる
。分極領域２９ｇ、３０ａは同一態様に分極され、分極
領域２９ｂ、３０ｂ、は分極領域２９ａ、３０ａとは逆
の極性に分極、処理される。したがって分極領域２９ａ
、３０ａが、電圧印加による変位を発生した場合、分極
領域２９［１，３０１１は前記変位とは逆の変位を行な
う。

ここで第２図を併せて参照する。圧電体２６の回転板１
２側表面には、圧電体２Ｇの全周に亘って共通電極３１
が蒸着またはメッキなどによって形ｌ及される。すなわ
ちニッケルメッキまｒこは金の蒸着または銀ペーストの
焼き付けなどの操ｆヤで形成される。圧電体２６の他方
表面には、前記分極ｉ域２９ａ、２９ｂを共通に被覆す
る個別電極３２が、共通電極３１と同様な方法によって
形成され、また分極領域３０ａ、３０ｂを共通に被覆し
て同様に個別電極３３が形成される。

第６図は本実施例の電気的構成を説明するブロック図で
ある。交流電源３４は増幅器３５をｆして分極領域２９
ａ、２９ｂに同相の電圧を印加し、分極領域３０ａ、３
０ｂには、交流電源３４からの電圧の位相を９０度遅ら
せる移相器３６およＶ増幅器３７を介した電圧が、やは
り共通に与えられる３分極領域２９ａ、２９ｂ；　３０
ａ、３０ｂの電源３４と他方側は共通に、共通電位に接
続される。また第６図において分極領域２９　ａ、２９
　ｂ；３０　ａ、３０１＋を示すブロックの中の矢印は
各分極領域の分極状態を区別するために付した。

第７図は圧電体２６の周方向展開図であり、第８図はＴ
Ｊ：、電素子１５を駆動することによって得られる進行
性振動の波形図である。第７図およ１７ｍ８図を参照し
て、本実施例の圧電体２６の動作について説明する。こ
こで第８図の横軸は圧電体２６の周方向の長さでｈす、
縦軸は圧電体２Ｇの変位量である。したがって第８図に
おいてＷＬ紬より上の部分は、圧電体２６がたとえば厚
み方向に伸長変位していることを示し、横軸より下の部
分は圧電体２６が縮退変位していることを示す。

ここで第４図を併せて参照する。個別電極３２に、たと
えば ■。ｓｉｎωｔ　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　・・・（１）ｖｏ；　　電圧波高値 ω　；　角振動数の駆動電圧が印加され、個別電極３３には、Ｖ　ｏｓｉ
ｎ（ωｔ−π／２）　　　　　　　　・（２）の駆動電
圧が印加される。このような駆動電圧を印加したとき、
Ｌ＝Ｏの時点の圧電体２６の変位状態は第８図（１）で
示される。以下同様にＬ＝π／２ω、２π／２ω、３Ｉ
／２ωの各時点の変位状態は、それぞれ第８図（２）〜
＠８図（４）で示されている。したがってこのような振
動は時間経過に従って第８図の矢符Ａ１方向に進イテす
ることになる。

第９図は第７図およびｆＩｒＪ８図を参照して説明した
進行性振動による振ｒＪｈ部材１６〜１８の表面波によ
って、回転板１０．１２が回転駆動される原理を説明す
る断面図である。前述したように、圧電素子１５によっ
て矢符Ａ１方向に進行する進行性振動が発生されると、
この圧電索子１５に固着れている振動部材１６．１７．
１８も振動され、表面波が発生する。このとき前記波長
λは、振動部材１６〜１８の材質、寸法および形状など
によって決定される固有の１であり、印加電圧の角振動
数ωは、振動部材１６〜１８において共振が発生する値
に選ばれる。すなわち圧電素子による振動は増幅される
と共に、圧電索子工５による＆動が振！！！ｌＪ部材１
６〜１８によって円滑な形状として伝達される。−力、
振動部材１６〜１８には、位相が９０度ずれた振動が並
行して与えられるので、たとえば振動部材１６の表面の
一点Ｐ１は、いわば縦波と横波とが合成されて、第９図
の矢符Ａ２で示される楕円状の変位を行なう。

したがってこのような変位を行なう上部振動部材１Ｇの
前記点Ｐ１が回転板１２と接触するとき、回転板１２に
は表面波の進行方向Ａ１と反対力向（矢符Ａ３で示す）
の力が作用することになる。上部振動部材１６の残余の
振動の服に相当する部分でも、同様に回忙板１２に対し
て矢符Ａ３方向の力が与えられる。したがって回転板１
２は、矢符Ａ３力向に駆動されることになる。−力、下
部振動部材１７．１８においても同様に、回転板１０を
矢符Ａ３方向に駆動する。

このようにして回転板１０，１．２に固定された回転軸
７は、たとえば第１図に示す矢符Ａ３方向に回転駆動さ
れる。したがって本実施例においては、圧電素子１５に
発生された振動エネルギーを圧電素子１５のｌｌｌ１線
力向両面に設けられた弾性部材１６；１７，１．８を介
して、回転板１２．１０に伝達するようにした。したが
って圧電素子１５に与えられる電気エネルギーが、回転
軸７の回忙エネルギーに変換される効率を、格段に向上
することができる。

前述の実施例の圧電索子１５の圧電体２６において、分
極領域は４つ設けられたけれども、本発明はこのような
分極領域の数を限定するものではなく、任意の個数の分
極領域を形成するようにしてもよい。また個別電極３２
．３３も２つにかぎられるのではなく、分極領域の形勢
態碌に対応して、任意のｗＡ数設けるようにしてもよい
。また圧電素子１５を形成するに、円環状の圧電体２Ｇ
に替えて、前記各分極領域２９ｇ、２９ｂ；３０ａ、３
０ｂと対応する形状の圧電体を同様の分極態様で用いて
もよい。

効　　果以上のように本発明に従えば、圧電モータに含まれる圧
電素子を一対の回転板間に配置し、この回転板によって
圧電素子を圧接するようにした。

したがってこの圧電素子を駆動して回転板を回転するよ
うに、圧電素子によって進行性振動を発生させると、こ
の振動は圧Ｔ１素子の軸線方向両面において各回転板に
伝達され、この一対の回転板をそれぞれ駆動する。した
がって圧電素子に与えられる電気エネルギーが回転板と
一体的に回転される回転軸の回転エネルギーに変換され
る効率を格段に向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の圧電モータ１の断面図、第
２図は圧電モータ１の分Ｓ斜視図、ｔｊＳ３図は第１図
の簡略化しｒこ平面図、第４図は圧電体２６の分極状態
を説明する平面図、第５図は第４図の切断面線Ｖ−■か
ら見た断面図、第６図は本実施例の電気的構成を説明す
るブロック図、第７図は圧電体２６の周方向展開図、第
８図は圧電体２Ｇの変位状態を説明する波形図、第９図
は本実施例の原理を説明する断面図である。１・・・圧電モータ、３・・・ハウノング、７・・・回
転軸、１０．１２・・・回転板、１５・・・圧電素子、
１６・・・上部振動部材、１７．１８・・・下部振動部
材、２６・・・圧電体、３１・・・共通電極、３２．３
３・・・個別電極、３４・・・文法電源、３６・・・移
送器代理人　　弁理士　画数　圭一部第１図１５（１６，１７，１８）第４図第５図第６図第７図第８図 −へ１第９図手続補正書昭和６１年　２月１０日

Claims

【特許請求の範囲】回転軸と、回転軸と一体的に回転し、回転軸の軸線方向に間隔をあ
けて配置された一対の回転板と、回転板を収納し、回転軸を支持するハウジングと、ハウジング内でハウジングに取付けられ、回転板間に配
置されて回転板によつて圧接される圧電素子とを含み、圧電素子を駆動して回転板が回転するように圧電素子に
よつて進行性振動を発生させるようにしたことを特徴と
する圧電モータ。