JP2011172452A - 超音波モータ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】中心軸に垂直な断面が矩形状の長さ比率を有する振動子と、振動子の楕円振動発生面に接して振動子の楕円振動発生面と直交する中心軸を回転軸として回転駆動されるロータと、を少なくとも備えた超音波モータであって、振動子の回転軸方向に伸縮する縦1次共振振動と、回転軸をねじれ軸とするねじれ共振振動と、を合成することにより、楕円振動を形成してなり、振動子の回転軸方向に伸縮する縦1次共振振動と、回転軸をねじれ軸とするねじれ共振振動と、の共振周波数がほぼ一致するように、振動子の矩形状の長さ比率を設定し、振動検出電極層を備える。
【選択図】図4
Description
例えば特許文献1に記載の超音波振動子では、1対もしくは複数対の積層型圧電素子が、基本弾性体と一体的に設けられた、積層型圧電素子を挿入可能な凹部を持つ保持用弾性体との間に保持され、かつ保持用弾性体を圧電素子に突き当てて圧縮応力を印加した状態で基本弾性体にビスで固定される構造となっている。
図1は、本発明の第1実施形態に係る超音波モータ100の構成を示す正面図である。
まず、内部電極は、第2、第3、第4、及び第5圧電シートの上面に対して、印刷によって、2つずつ形成されている。
第4内部電極152a(C−)は、その端部152bが第3圧電シート150の長辺150Lに露出するように延びている。
なお、図1、図2においては外部電極の図示を省略している。
以上の構成の振動子101を用いた超音波モータ100のA相、B相に所定の交流電圧を印加すると、振動子101の前面101F、背面101R内の対角方向に変位成分を有する振動が発生する。
上述の超音波モータ100によれば、単一部材で振動子101を形成できるため、振動体101の構成を簡略化できる。また、振動検出用の内部電極である、第3内部電極151a(D−)、第4内部電極152a(C−)を、接続電極153により互いに導通させた層を設けたため、外部でこれらの電極間を接続する配線を設けることなく容易に周波数追尾に必要なねじれ共振振動成分を検出できる。さらに、モータ駆動時に振動子101に接続が必要な配線数を削減することができるため、モータの小型化に有利となる。また、ねじれ共振振動成分の検出信号は振動検出層を直列接続した信号であるため、信号電圧を大きくすることができる。したがって、振動速度が低下する低速駆動時に有利となる。
第2実施形態に係る超音波モータにおいては、振動子における振動検出電極層の形成位置が第1実施形態に係る超音波モータと異なる。その他の構成は第1実施形態に係る超音波モータと同様であって、振動子以外の構成についての詳細な説明は省略する。
図10(a)に示すように、第2圧電シート240には、その長手方向(図10の左右方向)の右側に、振動検出のための振動検出電極層を構成する、第1内部電極241a(D+)と第2内部電極242a(C+)が、互いに対向するように離間して配置されている。
以上の構成によれば、駆動用電極と別の節位置に振動検出用電極を設けるため、駆動用電極の層数を減らさずに振動検出電極層を設けることができる。また、振動検出層をねじれ振動時に応力が最大となるねじれ3次振動の節を含む位置に積層できるため、ねじれ振動検出信号の出力を大きくすることができ、低速駆動時等、振動が小さくなる場合の信号検出に有利となる。
なお、その他の構成、作用、効果については、第1実施形態と同様である。
第3実施形態に係る超音波モータにおいては、駆動電極層及び振動検出電極層と接続された外部電極のうち、超音波モータ駆動時に配線が必要となるすべての外部電極を積層圧電素子の前面に形成し、それ以外の外部電極を積層圧電素子の背面に形成する点が第1実施形態に係る超音波モータと異なる。その他の構成は第1実施形態に係る超音波モータと同様であって、振動子以外の構成についての詳細な説明は省略する。
以上の構成の超音波モータによれば、モータ動作時(駆動時)に配線が必要となる電極が積層圧電素子の1面に配置されるため、組み立て性が良い。
なお、その他の構成、作用、効果については、第1実施形態と同様である。
100c 中心軸
101 振動子
101a 楕円振動発生面
101F 前面
101R 背面
102 ロータ
103a、103b 摩擦接触部材
105 シャフト
106 第2シャフト
107 ベアリング
108 押圧バネ
109 バネ押さえリング
110 ホルダ
110a、110b 支持部材
120 積層圧電素子
130 第1圧電シート
140 第2圧電シート
141a 第1内部電極(D+)(振動検出電極層)
142a 第2内部電極(C+)(振動検出電極層)
150 第3圧電シート
151a 第3内部電極(D−)(振動検出電極層)
152a 第4内部電極(C−)(振動検出電極層)
153 接続電極
160 第4圧電シート
161a 第5内部電極(B+)(駆動電極層)
162a 第6内部電極(A+)(駆動電極層)
170 第5圧電シート
171a 第7内部電極(B−)(駆動電極層)
172a 第8内部電極(A−)(駆動電極層)
181 第1外部電極(C+)
182 第2外部電極(CD−)
183 第3外部電極(D+)
191 第4外部電極(A+)
192 第5外部電極(A−)
193 第6外部電極(B+)
194 第7外部電極(B−)
200c 中心軸
201 振動子
220 積層圧電素子
230 第1圧電シート
240 第2圧電シート
241a 第1内部電極(D+)(振動検出電極層)
242a 第2内部電極(C+)(振動検出電極層)
250 第3圧電シート
251a 第3内部電極(D−)(振動検出電極層)
252a 第4内部電極(C−)(振動検出電極層)
253 接続電極
260 第4圧電シート
261a 第5内部電極(B+)(駆動電極層)
262a 第6内部電極(A+)(駆動電極層)
270 第5圧電シート
271a 第7内部電極(B−)(駆動電極層)
272a 第8内部電極(A−)(駆動電極層)
281 第1外部電極(C+)
282 第2外部電極(CD−)
283 第3外部電極(D+)
291 第4外部電極(A+)
292 第5外部電極(A−)
293 第6外部電極(B+)
294 第7外部電極(B−)
300c 中心軸
301 振動子
320 積層圧電素子
330 第1圧電シート
340 第2圧電シート
341a 第1内部電極(D+)(振動検出電極層)
342a 第2内部電極(C+)(振動検出電極層)
350 第3圧電シート
351a 第3内部電極(D−)(振動検出電極層)
352a 第4内部電極(C−)(振動検出電極層)
353 接続電極
360 第4圧電シート
361a 第5内部電極(B+)(駆動電極層)
362a 第6内部電極(A+)(駆動電極層)
370 第5圧電シート
371a 第7内部電極(B−)(駆動電極層)
372a 第8内部電極(A−)(駆動電極層)
381 第1外部電極(C+)
382 第2外部電極(D+)
383 第3外部電極(CD−)
391 第4外部電極(A+)
392 第5外部電極(A−)
393 第6外部電極(B+)
394(B−) 第7外部電極(B−)
Claims (9)
- 中心軸に垂直な断面が矩形状の長さ比率を有する振動子と、前記振動子の楕円振動発生面に接して前記振動子の前記楕円振動発生面と直交する前記中心軸を回転軸として回転駆動されるロータと、を少なくとも備えた超音波モータであって、
前記振動子の前記回転軸方向に伸縮する縦1次共振振動と、前記回転軸をねじれ軸とするねじれ共振振動と、を合成することにより、前記楕円振動を形成してなり、
前記振動子の前記回転軸方向に伸縮する縦1次共振振動と、前記回転軸をねじれ軸とするねじれ共振振動と、の共振周波数がほぼ一致するように、前記振動子の前記矩形状の長さ比率を設定し、
振動検出電極層を備えることを特徴とする超音波モータ。 - 前記ねじれ共振振動はねじれ2次共振振動であることを特徴とする請求項1に記載の超音波モータ。
- 前記ねじれ共振振動はねじれ3次共振振動であることを特徴とする請求項1に記載の超音波モータ。
- 前記振動子は、圧電シートを積層してなり、前記振動検出電極層は、前記圧電シートの幅方向中心を挟んだ位置に内部電極が形成された圧電シートと、前記圧電シートの幅方向中心を挟んだ位置に形成された内部電極同士が短絡されている圧電シートとで構成されており、前記圧電シートの幅方向中心を挟んだ位置の分極の方向が互いに同一であることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の超音波モータ。
- 前記振動子は、圧電シートを積層してなり、前記振動検出電極層は、前記圧電シートの幅方向中心を挟んだ位置に内部電極が形成された圧電シートと、前記圧電シートの幅方向中心を挟んだ位置に形成された内部電極同士が短絡されている圧電シートとで構成されており、前記圧電シートの幅方向中心を挟んだ位置の分極の方向が互いに逆であることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の超音波モータ。
- 駆動電極層は、少なくとも前記ねじれ共振振動の節部を含む位置に形成され、前記駆動電極層の積層方向と同一の軸上に前記振動検出電極層が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の超音波モータ。
- 駆動電極層は前記ねじれ共振振動の節部を含む位置に形成され、前記振動検出電極層は、前記節部とは位置の異なるねじれ共振振動の節部を含む位置に形成されたことを特徴とする請求項1に記載の超音波モータ。
- 駆動電極層は、ねじれ共振振動と縦1次共振振動の共通の節部を含む位置に形成されることを特徴とする請求項6又は請求項7に記載の超音波モータ。
- 前記振動子において、振動検出電極及び駆動電極と導通するように設けられた外部電極のうち、駆動時に接続される、振動検出電極及び駆動電極と導通した外部電極が前記振動子の外側面の同一面に形成され、分極時のみ使用する外部電極が前記外側面の対向面に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の超音波モータ。
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