JP2541816B2 - 超音波圧電モ−タ - Google Patents
超音波圧電モ−タInfo
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- HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N lead zirconate titanate Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ti+4].[Zr+4].[Pb+2] HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
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Classifications
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- 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
-
- 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
- H02N2/106—Langevin motors
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
- H10N30/208—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using shear or torsion displacement, e.g. d15 type devices
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は超音波振動子、特に縦捩れ超音波振動子をス
テータとして用いた超音波圧電モータの改良に関するも
のである。
テータとして用いた超音波圧電モータの改良に関するも
のである。
「従来の技術」 縦捩れ超音波振動子をステータとして用いた圧電モー
タは、種々公知である。例えば特開昭55−145573号に
は、第５図に示すように一端面に圧電素子ａを貼着した
金属ブロックｂの外周面に、多数条の傾斜スロットｃを
形成し、該ブロックｂの他端面に円環状駆動部ｄを一体
に形成してなる縦捩れ超音波振動子をステータとして用
い、前記駆動部の端面ｄ´にテーパジョイントｅを介し
てロータｆを圧接して圧電素子ａを励起すると金属ブロ
ックｂ内に縦振動が伝播するが、外周の傾斜スロットｃ
によって捩り振動に変換されて伝播する一方、ポアソン
効果によって金属ブロック内に非共振の縦方向振動も伝
播し、これら捩り振動と縦振動が重畳することによって
駆動端面ｄ´にヘリカル振動を生じさせ、ロータｆを回
転させるようにした圧電モータが示されている。しか
し、このモータは、一つの圧電素子によって生じる縦振
動の一部のみが捩り振動に変換されるものであるから、
エネルギー損失が大きく、回転トルクも低いという欠点
がある。
タは、種々公知である。例えば特開昭55−145573号に
は、第５図に示すように一端面に圧電素子ａを貼着した
金属ブロックｂの外周面に、多数条の傾斜スロットｃを
形成し、該ブロックｂの他端面に円環状駆動部ｄを一体
に形成してなる縦捩れ超音波振動子をステータとして用
い、前記駆動部の端面ｄ´にテーパジョイントｅを介し
てロータｆを圧接して圧電素子ａを励起すると金属ブロ
ックｂ内に縦振動が伝播するが、外周の傾斜スロットｃ
によって捩り振動に変換されて伝播する一方、ポアソン
効果によって金属ブロック内に非共振の縦方向振動も伝
播し、これら捩り振動と縦振動が重畳することによって
駆動端面ｄ´にヘリカル振動を生じさせ、ロータｆを回
転させるようにした圧電モータが示されている。しか
し、このモータは、一つの圧電素子によって生じる縦振
動の一部のみが捩り振動に変換されるものであるから、
エネルギー損失が大きく、回転トルクも低いという欠点
がある。
また、特開昭61−121777号には、第６図に示すよう
に、捩り振動を生じる圧電要素ａと、縦振動を生じる圧
電要素ｂとを給電用端子板c,dを介して複数の金属ブロ
ックe,fによって挾持し、これらを中心ボルトｇにより
一体に締結してなる縦捩れ超音波振動子をステータとし
て用い、該振動子の一端を駆動部ｅ´とし、これにロー
タｈを圧接した状態で、前記捩り振動圧電要素ａと縦振
動圧電要素ｂとに同位相の交流電圧を印加すると、圧電
要素ａにより捩り振動モードが、縦振動圧電要素ｂによ
り縦振動モードが生起し、これら振動モードが重畳して
駆動部ｅ´にヘリカル振動を生じさせ、ロータｈを回転
させるように圧電モータが示されている。このモータ
は、２つの圧電要素a,bによって捩り振動と縦振動とを
別々に生じさせるため、先の特開昭55−145573号に比し
エネルギー損失が少ないので効率が良く、高い回転トル
クが得られる利点を有する。
に、捩り振動を生じる圧電要素ａと、縦振動を生じる圧
電要素ｂとを給電用端子板c,dを介して複数の金属ブロ
ックe,fによって挾持し、これらを中心ボルトｇにより
一体に締結してなる縦捩れ超音波振動子をステータとし
て用い、該振動子の一端を駆動部ｅ´とし、これにロー
タｈを圧接した状態で、前記捩り振動圧電要素ａと縦振
動圧電要素ｂとに同位相の交流電圧を印加すると、圧電
要素ａにより捩り振動モードが、縦振動圧電要素ｂによ
り縦振動モードが生起し、これら振動モードが重畳して
駆動部ｅ´にヘリカル振動を生じさせ、ロータｈを回転
させるように圧電モータが示されている。このモータ
は、２つの圧電要素a,bによって捩り振動と縦振動とを
別々に生じさせるため、先の特開昭55−145573号に比し
エネルギー損失が少ないので効率が良く、高い回転トル
クが得られる利点を有する。
「発明が解決しようとする問題点」 特開昭61−121777号に示されている超音波圧電モータ
は、上記の長所を有する反面、捩り振動圧電要素の製作
に大きな問題が残されていた。
は、上記の長所を有する反面、捩り振動圧電要素の製作
に大きな問題が残されていた。
即ち、第６図Ｂ〜Ｄに示すように、圧電磁器よりなる
円環ａ´を複数の扇状片a1〜a8に分割しその分割面に分
極用電極j1〜j8を付し、各扇状片a1〜a8毎に分極処理を
施した後、前記電極j1〜j8を除却し再び元の円環ａに組
立て、その上下面に再度駆動用電極k,kを付けることに
よって製作されているので、素子の分割加工や分極用電
極j1〜j8の形成とその除却等が煩雑となり、製造コスト
の高騰が免れなかった。
円環ａ´を複数の扇状片a1〜a8に分割しその分割面に分
極用電極j1〜j8を付し、各扇状片a1〜a8毎に分極処理を
施した後、前記電極j1〜j8を除却し再び元の円環ａに組
立て、その上下面に再度駆動用電極k,kを付けることに
よって製作されているので、素子の分割加工や分極用電
極j1〜j8の形成とその除却等が煩雑となり、製造コスト
の高騰が免れなかった。
本発明はこのような従来技術の問題点を解消するため
になされたもので、加工性、組付性のよい捩れ振動要素
を提供することによって製造コストを引き下げ、安価な
超音波モータを得ることを目的とするものである。
になされたもので、加工性、組付性のよい捩れ振動要素
を提供することによって製造コストを引き下げ、安価な
超音波モータを得ることを目的とするものである。
「問題点を解決するための手段」 本発明の超音波圧電モータは、捩り振動を発生する円
環状の捩り振動要素と、厚み振動を発生する円環状の厚
み振動要素と、これら各要素を給電用端子板を介して挟
持する複数の金属ブロックと、これら積層物を締結部材
で一体に結合してなる超音波縦捩り振動子をステータと
し、該ステータの振動端面にロータを圧接してなるもの
において、前記捩り振動要素として、表裏面に電極を有
し厚み方向に分極軸を有する複数の径小の圧電素子を、
隣り合う素子の分極軸が互いに逆向きになるよう円環状
に配列形成した構成としたものである。
環状の捩り振動要素と、厚み振動を発生する円環状の厚
み振動要素と、これら各要素を給電用端子板を介して挟
持する複数の金属ブロックと、これら積層物を締結部材
で一体に結合してなる超音波縦捩り振動子をステータと
し、該ステータの振動端面にロータを圧接してなるもの
において、前記捩り振動要素として、表裏面に電極を有
し厚み方向に分極軸を有する複数の径小の圧電素子を、
隣り合う素子の分極軸が互いに逆向きになるよう円環状
に配列形成した構成としたものである。
「作用」 捩り振動要素によって捩り振動モードを、縦振動要素
によって縦振動モードをそれぞれ生じこれら振動が重畳
したヘリカル振動を振動子の駆動面に誘起し、この駆動
面と接するロータが回転することになる。
によって縦振動モードをそれぞれ生じこれら振動が重畳
したヘリカル振動を振動子の駆動面に誘起し、この駆動
面と接するロータが回転することになる。
「実施例」 本発明の一例を第１〜３図に示す。第１図において、
Ｔは捩り振動要素で、第２図に抜粋して示したようにチ
タン酸ジルコン酸鉛等の圧電磁器より径小の円板状に成
形するとともに表裏面に電極1a,1bを付し、該電極1a,1b
間（厚み方向）に分極処理した複数枚の圧電素子１を、
隣接する素子の分極軸が互いに逆向きになるよう、所定
の直径をなす円環状に配列したものを、一対ないし複数
対、電気的並列になるよう、複数の円環状端子板２とと
もに積層して構成される。Ｌは縦振動要素で、第３図に
抜粋して示すように、チタン酸ジルコン酸鉛等の圧電磁
器より円環状に成形するとともに表裏面に電極3a,3bを
付し、該電極3a,3b間（厚み方向）に分極処理した一対
もしくは複数対の圧電素子３を、電気的並列になるよう
複数の円環状端子板４とともに積層して構成される。5,
6は前記捩り振動要素Ｔと縦振動要素Ｌの各外端面に積
層した第1,第２の金属ブロックである。
Ｔは捩り振動要素で、第２図に抜粋して示したようにチ
タン酸ジルコン酸鉛等の圧電磁器より径小の円板状に成
形するとともに表裏面に電極1a,1bを付し、該電極1a,1b
間（厚み方向）に分極処理した複数枚の圧電素子１を、
隣接する素子の分極軸が互いに逆向きになるよう、所定
の直径をなす円環状に配列したものを、一対ないし複数
対、電気的並列になるよう、複数の円環状端子板２とと
もに積層して構成される。Ｌは縦振動要素で、第３図に
抜粋して示すように、チタン酸ジルコン酸鉛等の圧電磁
器より円環状に成形するとともに表裏面に電極3a,3bを
付し、該電極3a,3b間（厚み方向）に分極処理した一対
もしくは複数対の圧電素子３を、電気的並列になるよう
複数の円環状端子板４とともに積層して構成される。5,
6は前記捩り振動要素Ｔと縦振動要素Ｌの各外端面に積
層した第1,第２の金属ブロックである。
而して上記捩り振動要素Ｔ、縦振動要素Ｌ、第1,第２
の金属ブロック5,6よりなる積層物が、第１金属ブロッ
ク５の内端面中央より突出して振動要素T,L、第２金属
ブロック６の各内孔を貫通するねじ杆5aと、該ねじ杆の
雄ねじ5a´に螺合して第２ブロックの座ぐり面6aに座承
するナット７とによって一体に締結された、超音波縦捩
れ振動子Ｐが構成される。本発明はこの縦捩れ振動子Ｐ
をステータとして用いるもので、その全長を駆動周波数
の半波長もしくはその整数倍長さに設定し、第1,第２金
属ブロック5,6のいずれか一方又は両方の端面を駆動面
として用いられ、ここでは第１金属ブロック５の端面を
駆動面5bとし、これにロータ８を圧接するようにした。
の金属ブロック5,6よりなる積層物が、第１金属ブロッ
ク５の内端面中央より突出して振動要素T,L、第２金属
ブロック６の各内孔を貫通するねじ杆5aと、該ねじ杆の
雄ねじ5a´に螺合して第２ブロックの座ぐり面6aに座承
するナット７とによって一体に締結された、超音波縦捩
れ振動子Ｐが構成される。本発明はこの縦捩れ振動子Ｐ
をステータとして用いるもので、その全長を駆動周波数
の半波長もしくはその整数倍長さに設定し、第1,第２金
属ブロック5,6のいずれか一方又は両方の端面を駆動面
として用いられ、ここでは第１金属ブロック５の端面を
駆動面5bとし、これにロータ８を圧接するようにした。
また、第４図は本発明の他例を示し、捩り振動要素Ｔ
と、縦振動要素Ｌとの間に第３の金属ブロック９を挿設
し、第1,第２金属ブロック5,6の内端面より突出するね
じ杆5c,6bの雄ねじ5c´,6b´を前記第３金属ブロック９
の両端面に穿設した雌ねじ孔9a,9bに螺合することによ
って積層物を一体に結合した以外は、上例と同じ構成で
ある。
と、縦振動要素Ｌとの間に第３の金属ブロック９を挿設
し、第1,第２金属ブロック5,6の内端面より突出するね
じ杆5c,6bの雄ねじ5c´,6b´を前記第３金属ブロック９
の両端面に穿設した雌ねじ孔9a,9bに螺合することによ
って積層物を一体に結合した以外は、上例と同じ構成で
ある。
次に本発明超音波圧電モータの動作原理を、第１図実
施例のものを例にとって説明する。
施例のものを例にとって説明する。
いま、捩り振動要素Ｔの端子板２…に結線したリード
端子10a,10bと、縦振動要素Ｌの端子板４…に結線した
リード端子11a,11bとを同一電源（図示しない）に接続
し、所定周波数の交番電圧を各振動要素T,Lに印加する
と、捩り振動要素Ｔにおいて、端子板２を通して個々の
圧電素子１…にその分極軸と同方向又は逆方向の電圧が
交互に印加されるため、例えば一方の圧電素子１に同方
向の電圧が加えられると膨張し、隣り合う他方の圧電素
子１には逆方向の電圧が加えられて収縮し、反対に一方
の圧電素子１に逆方向の電圧が加えられると収縮し、隣
り合う他方の圧電素子１には同方向の電圧が加えられて
膨張し、これを交互に繰り返す結果、全体として剪断モ
ードの共振を惹起し捩れ振動を生じることになる。また
縦振動要素Ｌにおいて圧電素子３にはその分極軸と同方
向又は逆方向の電圧が印加されるため全体が膨脹ないし
収縮し、厚みモードの共振を惹起し縦振動を生じること
になって、これら捩り振動と縦振動とが重畳し第１の金
属ブロックの駆動面5bにヘリカル振動を誘起し、ロータ
８を回転する。
端子10a,10bと、縦振動要素Ｌの端子板４…に結線した
リード端子11a,11bとを同一電源（図示しない）に接続
し、所定周波数の交番電圧を各振動要素T,Lに印加する
と、捩り振動要素Ｔにおいて、端子板２を通して個々の
圧電素子１…にその分極軸と同方向又は逆方向の電圧が
交互に印加されるため、例えば一方の圧電素子１に同方
向の電圧が加えられると膨張し、隣り合う他方の圧電素
子１には逆方向の電圧が加えられて収縮し、反対に一方
の圧電素子１に逆方向の電圧が加えられると収縮し、隣
り合う他方の圧電素子１には同方向の電圧が加えられて
膨張し、これを交互に繰り返す結果、全体として剪断モ
ードの共振を惹起し捩れ振動を生じることになる。また
縦振動要素Ｌにおいて圧電素子３にはその分極軸と同方
向又は逆方向の電圧が印加されるため全体が膨脹ないし
収縮し、厚みモードの共振を惹起し縦振動を生じること
になって、これら捩り振動と縦振動とが重畳し第１の金
属ブロックの駆動面5bにヘリカル振動を誘起し、ロータ
８を回転する。
因みに、10mmφ×2.0mmtの圧電素子各６枚ずつで構成
した一対の捩り振動要素と、30mmφ×12mmφ×2.0mmtの
円環状圧電素子各１枚ずつで構成した一対の縦振動要素
とを用い全長を約90mmとした超音波縦捩り振動子にお
いて、リード端子10a,10bと、リード端子11a,11bとにそ
れぞれ共振周波数約27KHz、入力パワー15Wの高周波電圧
を印加したところ、無負荷時の回転数約250rpmが得られ
た。
した一対の捩り振動要素と、30mmφ×12mmφ×2.0mmtの
円環状圧電素子各１枚ずつで構成した一対の縦振動要素
とを用い全長を約90mmとした超音波縦捩り振動子にお
いて、リード端子10a,10bと、リード端子11a,11bとにそ
れぞれ共振周波数約27KHz、入力パワー15Wの高周波電圧
を印加したところ、無負荷時の回転数約250rpmが得られ
た。
また、縦振動要素Ｌにおけるリード端子11a,11bの極
性を逆にしたところ、ロータ８が逆向きに回転すること
を確認した。
性を逆にしたところ、ロータ８が逆向きに回転すること
を確認した。
なお、上例では各振動要素T,Lは、上下一対の圧電素
子1,1、3,3を電気的並列に積層した構成としたが、１個
（１組）でもよく、この場合、第６図Ａに示す従来例の
ように捩り振動圧電要素ａと縦振動圧電要素ｂとの間、
金属ブロック5,6と、各圧電要素a,bとの間にそれぞれ絶
縁スペーサを挿設する必要がある。また、一対の金属ブ
ロックと、その間に保持される捩り振動要素と縦振動要
素との締結においても上例以外に公知の種々締結部材に
よることも可能である。
子1,1、3,3を電気的並列に積層した構成としたが、１個
（１組）でもよく、この場合、第６図Ａに示す従来例の
ように捩り振動圧電要素ａと縦振動圧電要素ｂとの間、
金属ブロック5,6と、各圧電要素a,bとの間にそれぞれ絶
縁スペーサを挿設する必要がある。また、一対の金属ブ
ロックと、その間に保持される捩り振動要素と縦振動要
素との締結においても上例以外に公知の種々締結部材に
よることも可能である。
「発明の効果」 本発明によれば表裏面に電極を有し厚み方向の分極軸
を有する複数の径小の圧電素子をその分極軸が互いに逆
向きになるようにして円環状に配設したものを捩り振動
要素として組込んだものであるから、円環状圧電素子を
一旦、扇状に等分割し、分極後再度元の形に組立てたも
のを捩り振動要素とする従来モータに比し、加工性、組
付作業性を顕著に改善向上し、製造原価を大巾に引下げ
てこの種超音波モータを安価に供し得るという利点があ
る。
を有する複数の径小の圧電素子をその分極軸が互いに逆
向きになるようにして円環状に配設したものを捩り振動
要素として組込んだものであるから、円環状圧電素子を
一旦、扇状に等分割し、分極後再度元の形に組立てたも
のを捩り振動要素とする従来モータに比し、加工性、組
付作業性を顕著に改善向上し、製造原価を大巾に引下げ
てこの種超音波モータを安価に供し得るという利点があ
る。
第１図は本発明の一例にかかる超音波圧電モータを示
し、Ａは四半分断面正面図、ＢはＡ図イ−イ線に沿って
断面とした平面図、第２図は本発明に用いる捩り振動要
素の斜視図、第３図は同じく本発明に用いる縦振動要素
の斜視図、第４図は本発明の他例にかかる圧電モータの
四半分断面正面図、第５図は従来の一例にかかる超音波
圧電モータの四半分断面正面図、第６図Ａは同じく従来
の他例にかかる圧電モータの四半分断面正面図、で、同
図Ｂ〜Ｄはこのモータに使用されている捩り振動圧電要
素の組立て説明図である。 Ｔ……捩り振動要素、１……複数の圧電素子、 Ｌ……縦振動要素、３……円環状圧電素子、 5,6,9……複数の金属ブロック
し、Ａは四半分断面正面図、ＢはＡ図イ−イ線に沿って
断面とした平面図、第２図は本発明に用いる捩り振動要
素の斜視図、第３図は同じく本発明に用いる縦振動要素
の斜視図、第４図は本発明の他例にかかる圧電モータの
四半分断面正面図、第５図は従来の一例にかかる超音波
圧電モータの四半分断面正面図、第６図Ａは同じく従来
の他例にかかる圧電モータの四半分断面正面図、で、同
図Ｂ〜Ｄはこのモータに使用されている捩り振動圧電要
素の組立て説明図である。 Ｔ……捩り振動要素、１……複数の圧電素子、 Ｌ……縦振動要素、３……円環状圧電素子、 5,6,9……複数の金属ブロック
Claims (1)
- 【請求項１】捩れ振動を発生する円環状の捩れ振動要素
と、厚み振動を発生する円環状の厚み振動要素と、これ
ら各要素を給電用端子板を介して挟持する複数の金属ブ
ロックと、これら積層物を締結部材で一体に結合してな
る超音波縦捩れ振動子をステータとし、該ステータの振
動端面にロータを圧接してなるものにおいて、前記捩れ
振動要素として、表裏面に電極を有し厚み方向に分極軸
を有する複数の小径の圧電素子を隣り合う素子の分極軸
が互いに逆向きになるよう円環状に配列形成した構成と
することを特徴とする超音波圧電モータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62118366A JP2541816B2 (ja) | 1987-05-15 | 1987-05-15 | 超音波圧電モ−タ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62118366A JP2541816B2 (ja) | 1987-05-15 | 1987-05-15 | 超音波圧電モ−タ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63283479A JPS63283479A (ja) | 1988-11-21 |
| JP2541816B2 true JP2541816B2 (ja) | 1996-10-09 |
Family
ID=14734927
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62118366A Expired - Fee Related JP2541816B2 (ja) | 1987-05-15 | 1987-05-15 | 超音波圧電モ−タ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2541816B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61121777A (ja) * | 1984-11-16 | 1986-06-09 | Hitachi Maxell Ltd | 圧電超音波モ−タ |
-
1987
- 1987-05-15 JP JP62118366A patent/JP2541816B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63283479A (ja) | 1988-11-21 |
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