JP2614612B2 - 超音波振動子 - Google Patents
超音波振動子Info
- Publication number
- JP2614612B2 JP2614612B2 JP62011375A JP1137587A JP2614612B2 JP 2614612 B2 JP2614612 B2 JP 2614612B2 JP 62011375 A JP62011375 A JP 62011375A JP 1137587 A JP1137587 A JP 1137587A JP 2614612 B2 JP2614612 B2 JP 2614612B2
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- JP
- Japan
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- piezoelectric element
- center
- disk
- piezoelectric
- thickness direction
- 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
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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に係り、さらに詳しくは超音波
モータの固定子に用いる超音波振動子の改良に関する。
モータの固定子に用いる超音波振動子の改良に関する。
従来の超音波モータは、楕円振動するステータに圧着
されたロータが受ける回転トルクを利用した装置であっ
た。ステータは超音波楕円振動子からなり、回転ではな
く振動している。振動を回転に変える手段は、高度の技
術を要し複雑である。
されたロータが受ける回転トルクを利用した装置であっ
た。ステータは超音波楕円振動子からなり、回転ではな
く振動している。振動を回転に変える手段は、高度の技
術を要し複雑である。
本発明者はこの問題を解決した超音波モータを作るた
め、まず重心が回転する「超音波回転振動子」を提案し
たが、この圧電振動子は表面又は裏面のいずれか一面を
全面にわたって接地等電位面とすることができないた
め、リード線の接続方法が複雑、複数枚重ねる方法
が複雑、外側が接地面となるように二枚一組として重
ね合わすことができない、などの欠点があった。
め、まず重心が回転する「超音波回転振動子」を提案し
たが、この圧電振動子は表面又は裏面のいずれか一面を
全面にわたって接地等電位面とすることができないた
め、リード線の接続方法が複雑、複数枚重ねる方法
が複雑、外側が接地面となるように二枚一組として重
ね合わすことができない、などの欠点があった。
この発明は、先願の超音波回転振動子が持っていた
リード線の接続方法が複雑、複数枚重ねる方法が複
雑、外側が接地面となるように二枚一組として重ね合
わすことができないという欠点を解決し、以て利用し易
い超音波回転振動子を提供することを目的とする。
リード線の接続方法が複雑、複数枚重ねる方法が複
雑、外側が接地面となるように二枚一組として重ね合
わすことができないという欠点を解決し、以て利用し易
い超音波回転振動子を提供することを目的とする。
前記目的を達成するために、本発明は、円板状または
円環状をした圧電素子の直径で等分割した偶数の領域
を、前記圧電素子の円の中心に対してそれぞれ対向する
領域が逆極性になるように、圧電素子の厚さ方向に沿っ
て分極し、その厚さ方向の２つの端面のうちの一方の端
面のほぼ全面に共通電極を施し、他方の端面の前記各領
域に個別電極を施して、前記共通電極と各個別電極との
間に位相の異なる交番電圧を交互に印加することによ
り、前記円形圧電素子の重心が当該圧電素子の中心を中
心にして移動することを特徴とする。
円環状をした圧電素子の直径で等分割した偶数の領域
を、前記圧電素子の円の中心に対してそれぞれ対向する
領域が逆極性になるように、圧電素子の厚さ方向に沿っ
て分極し、その厚さ方向の２つの端面のうちの一方の端
面のほぼ全面に共通電極を施し、他方の端面の前記各領
域に個別電極を施して、前記共通電極と各個別電極との
間に位相の異なる交番電圧を交互に印加することによ
り、前記円形圧電素子の重心が当該圧電素子の中心を中
心にして移動することを特徴とする。
超音波振動子は、円板、円環あるいは円筒状圧電素子
の放射状に等分割された偶数個の領域が互いに独立に変
形できるように構成されていなければならないが、中心
対称に配置されている領域同志は互いに逆位相の振動が
生じるごとく、隣接配置されている領域同志は互いに異
なる位相の振動が生じるごとく励振されねばならない。
の放射状に等分割された偶数個の領域が互いに独立に変
形できるように構成されていなければならないが、中心
対称に配置されている領域同志は互いに逆位相の振動が
生じるごとく、隣接配置されている領域同志は互いに異
なる位相の振動が生じるごとく励振されねばならない。
今仮に圧電素子の裏面全面に共通電極が付いていて、
表面には放射状の四等分個別電極1,2,3,4が付いて、独
立に変形する領域は四等分電極1,2,3,4と同じ部分の領
域番号は電極番号と同じとする。圧電素子は厚さ方向に
分極されており、２つの隣接領域、例えば領域１及び領
域２は正、領域３及び領域４は負と言うように圧電素子
の半分は互いに逆向きに分極されている。
表面には放射状の四等分個別電極1,2,3,4が付いて、独
立に変形する領域は四等分電極1,2,3,4と同じ部分の領
域番号は電極番号と同じとする。圧電素子は厚さ方向に
分極されており、２つの隣接領域、例えば領域１及び領
域２は正、領域３及び領域４は負と言うように圧電素子
の半分は互いに逆向きに分極されている。
（実施例１） 第１図及び第２図は、本発明による超音波振動子の一
実施例を示す図である。直径40mm,厚さ2mmのPb（ZrTi）
O3からなる圧電セラミック円板１は半円部分の分極の向
き11及び12が互いに逆向きに分極されている。表裏両面
のうちの一つの面には全面に共通電極10が施され、他方
の面には正分極域と負分極域とにそれぞれ等分された個
別電極2,3,4,5が扇形に施され、それぞれの電極にリー
ド線6,7,8,9が接続されており、さらに共通電極10はリ
ード線10′を通して接地されている。
実施例を示す図である。直径40mm,厚さ2mmのPb（ZrTi）
O3からなる圧電セラミック円板１は半円部分の分極の向
き11及び12が互いに逆向きに分極されている。表裏両面
のうちの一つの面には全面に共通電極10が施され、他方
の面には正分極域と負分極域とにそれぞれ等分された個
別電極2,3,4,5が扇形に施され、それぞれの電極にリー
ド線6,7,8,9が接続されており、さらに共通電極10はリ
ード線10′を通して接地されている。
リード線7,9を共通にして接地し、リード線6,8を共通
にして＋100Vを印加すると、第４図に示すように円板10
は点線21のように変形し、円板が矢印27のように変位し
たようになり、従って重心も20′から21′へ移動する。
次に、リード線6,8の電圧を−100Vにすると点線22のよ
うに変形するので、交番電圧を印加すると円板20は第４
図（ａ）の点線間を上下に振動する。ところで円板20全
体が厚さ方向の同じ向きに一様に分極された圧電振動子
に交番電圧を印加したときは第４図（ｃ）に示すような
振動モードとなり、円板20は点線25及び点線26の間を振
動するので円板20の重心は移動しない。
にして＋100Vを印加すると、第４図に示すように円板10
は点線21のように変形し、円板が矢印27のように変位し
たようになり、従って重心も20′から21′へ移動する。
次に、リード線6,8の電圧を−100Vにすると点線22のよ
うに変形するので、交番電圧を印加すると円板20は第４
図（ａ）の点線間を上下に振動する。ところで円板20全
体が厚さ方向の同じ向きに一様に分極された圧電振動子
に交番電圧を印加したときは第４図（ｃ）に示すような
振動モードとなり、円板20は点線25及び点線26の間を振
動するので円板20の重心は移動しない。
従って最初に説明した半円どうしが逆極性に分極され
ている第１図の圧電円板１のリード線6,8に交番電圧を
印加したときの変形は、一様分極の振動モード〔第４図
（ｃ）〕とは異なり、第４図（ａ）の振動モードとな
る。次にリード線７を接地から外し、リード線６と同じ
周波数、同じ電位で位相が90°異なる交番電圧を印加す
ると、第４図（ｂ）にような変形21,23,22,24が生じ、
重心の位置は21′,23′,22′,24′と移り、交番電圧の
各サイクル毎に円板20の中心20′の回りを一回りする。
すなわち圧電円板１の重心は、励振交番周波数に同期し
て中心の回りを回転する。
ている第１図の圧電円板１のリード線6,8に交番電圧を
印加したときの変形は、一様分極の振動モード〔第４図
（ｃ）〕とは異なり、第４図（ａ）の振動モードとな
る。次にリード線７を接地から外し、リード線６と同じ
周波数、同じ電位で位相が90°異なる交番電圧を印加す
ると、第４図（ｂ）にような変形21,23,22,24が生じ、
重心の位置は21′,23′,22′,24′と移り、交番電圧の
各サイクル毎に円板20の中心20′の回りを一回りする。
すなわち圧電円板１の重心は、励振交番周波数に同期し
て中心の回りを回転する。
（実施例２） 第３図は本発明の超音波振動子の別の実施例を示す図
であり、実施例１に用いた圧電円板と同じ素材からな
る、同じ厚さで同じ直径の円板の中心に内径15mmの孔を
あけたリング状圧電円板11に、圧電円板１と同じ配置の
電極12,13,14,15を施し、電極12と14、電極13と15とが
等電位になるように接続した。この圧電円板11を外径50
mm、内径40mmのアルミニウム円環16の内周に嵌め込み、
その嵌合体の重心が回転するモードの共振周波数に共鳴
するように励振した。
であり、実施例１に用いた圧電円板と同じ素材からな
る、同じ厚さで同じ直径の円板の中心に内径15mmの孔を
あけたリング状圧電円板11に、圧電円板１と同じ配置の
電極12,13,14,15を施し、電極12と14、電極13と15とが
等電位になるように接続した。この圧電円板11を外径50
mm、内径40mmのアルミニウム円環16の内周に嵌め込み、
その嵌合体の重心が回転するモードの共振周波数に共鳴
するように励振した。
共振に伴うリング状圧電円板11の変形は第４図（ｂ）
の振動モードとなり、従ってリング状圧電円板11の重心
は21′,23′,22′,24のように回転した。この場合圧電
円板11の振動がアルミニウム円環16と共鳴して増幅され
るので、振動の振幅は実施例１のセラミック圧電体だけ
からなる場合よりも相当大きくなる利点が得られた。こ
のリング状圧電円板11の役割は前記実施例１の圧電円板
１と同じであるが、前述のようにリング状圧電円板11に
アルミニウム円環16を嵌合して一体化することにより、
圧電円板１単位の場合よりも強力な振動が得られる。
の振動モードとなり、従ってリング状圧電円板11の重心
は21′,23′,22′,24のように回転した。この場合圧電
円板11の振動がアルミニウム円環16と共鳴して増幅され
るので、振動の振幅は実施例１のセラミック圧電体だけ
からなる場合よりも相当大きくなる利点が得られた。こ
のリング状圧電円板11の役割は前記実施例１の圧電円板
１と同じであるが、前述のようにリング状圧電円板11に
アルミニウム円環16を嵌合して一体化することにより、
圧電円板１単位の場合よりも強力な振動が得られる。
以上説明したように本発明は、円板状または円環状を
した圧電素子の直径で等分割した偶数の領域を、前記圧
電素子の円の中心に対してそれぞれ対向する領域が逆極
性になるように、圧電素子の厚さ方向に沿って分極し、
その厚さ方向の２つの端面のうちの一方の端面のほぼ全
面に共通電極を施し、他方の端面の前記各領域に個別電
極を施して、前記共通電極と各個別電極との間に位相の
異なる交番電圧を交互に印加することにより、前記円形
圧電素子の重心が当該圧電素子の中心を中心にして回転
することを特徴とする。
した圧電素子の直径で等分割した偶数の領域を、前記圧
電素子の円の中心に対してそれぞれ対向する領域が逆極
性になるように、圧電素子の厚さ方向に沿って分極し、
その厚さ方向の２つの端面のうちの一方の端面のほぼ全
面に共通電極を施し、他方の端面の前記各領域に個別電
極を施して、前記共通電極と各個別電極との間に位相の
異なる交番電圧を交互に印加することにより、前記円形
圧電素子の重心が当該圧電素子の中心を中心にして回転
することを特徴とする。
先願の「超音波回転振動子」では４極の場合に８本の
リード線を必要とし、そのため配線も複雑であったが、
本発明では例えば４極の場合には接地線も含めて３本で
済ませることができ、配線も簡単である。
リード線を必要とし、そのため配線も複雑であったが、
本発明では例えば４極の場合には接地線も含めて３本で
済ませることができ、配線も簡単である。
２枚の圧電素子を貼り合わせて積層構造体にする場
合、本発明の超音波振動子では共通電極どうしを互いに
内側になるように貼り合わせることにより積層構造体を
容易に実現できる。また逆に共通電極どうしをその積層
構造体の外側の上下両面に配置し、共に接地することに
より、印加電圧に感電したり、電極間が短絡するなどの
事故を防ぐことができ、実用上極めて有効である。
合、本発明の超音波振動子では共通電極どうしを互いに
内側になるように貼り合わせることにより積層構造体を
容易に実現できる。また逆に共通電極どうしをその積層
構造体の外側の上下両面に配置し、共に接地することに
より、印加電圧に感電したり、電極間が短絡するなどの
事故を防ぐことができ、実用上極めて有効である。
第１図および第２図は本発明による超音波振動子の一実
施例を示す平面図および断面図、第３図は別の実施例を
示す平面図、第４図は圧電円板の振動モードを説明する
図である。 １……圧電セラミック円板、11,12……分極の向きを示
す矢印、2,3,4,5,12,13,14,15……個別電極、10……共
通電極、6,7,8,9,10′……リード線、20……円板、20′
……円板の中心、21,22,23,24,25,26……円板の変形を
示す点線、21′,22′,23′,24′……重心の変位を示す
点。
施例を示す平面図および断面図、第３図は別の実施例を
示す平面図、第４図は圧電円板の振動モードを説明する
図である。 １……圧電セラミック円板、11,12……分極の向きを示
す矢印、2,3,4,5,12,13,14,15……個別電極、10……共
通電極、6,7,8,9,10′……リード線、20……円板、20′
……円板の中心、21,22,23,24,25,26……円板の変形を
示す点線、21′,22′,23′,24′……重心の変位を示す
点。
Claims (2)
- 【請求項１】円板状または円環状をした圧電素子の直径
で等分割した偶数の領域を、前記圧電素子の円の中心に
対してそれぞれ対向する領域が逆極性になるように、圧
電素子の厚さ方向に沿って分極し、 その厚さ方向の２つの端面のうち一方の端面のほぼ全面
に共通電極を施し、他方の端面の前記各領域に個別電極
を施して、 前記共通電極と各個別電極との間に位相の異なる交番電
圧を交互に印加することにより、前記円形圧電素子の重
心が当該圧電素子の中心を中心にして回転することを特
徴とする超音波振動子。 - 【請求項２】特許請求の範囲第（１）項記載の圧電素子
を弾性体と一体に組み合わせたことを特徴とする超音波
振動子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62011375A JP2614612B2 (ja) | 1987-01-22 | 1987-01-22 | 超音波振動子 |
| US07/174,413 US4868446A (en) | 1987-01-22 | 1988-03-28 | Piezoelectric revolving resonator and ultrasonic motor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62011375A JP2614612B2 (ja) | 1987-01-22 | 1987-01-22 | 超音波振動子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63181678A JPS63181678A (ja) | 1988-07-26 |
| JP2614612B2 true JP2614612B2 (ja) | 1997-05-28 |
Family
ID=11776267
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62011375A Expired - Lifetime JP2614612B2 (ja) | 1987-01-22 | 1987-01-22 | 超音波振動子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2614612B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2614635B2 (ja) * | 1988-04-12 | 1997-05-28 | 日立マクセル株式会社 | 電歪公転子及び単相超音波モータ |
| CN110640556B (zh) * | 2019-09-30 | 2021-07-20 | 程龙 | 一种超声刀柄的控制方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6223382A (ja) * | 1985-07-23 | 1987-01-31 | Sony Corp | 回転型アクチユエ−タ |
-
1987
- 1987-01-22 JP JP62011375A patent/JP2614612B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63181678A (ja) | 1988-07-26 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |