JP2638856B2 - 超音波モータ - Google Patents
超音波モータInfo
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- 239000002783 friction material Substances 0.000 description 6
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Classifications
-
- 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
- H02N2/16—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors using travelling waves, i.e. Rayleigh surface waves
- H02N2/163—Motors with ring stator
-
- 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
- H02N2/16—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors using travelling waves, i.e. Rayleigh surface waves
- H02N2/166—Motors with disc stator
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 本発明は圧電体を用いて駆動力を発生する超音波モー
タに関する。
タに関する。
従来の技術 近年圧電セラミック等の圧電体により構成した振動体
に弾性振動を励振し、これを駆動力とした超音波モータ
が注目されている。
に弾性振動を励振し、これを駆動力とした超音波モータ
が注目されている。
以下、図面を参照しながら超音波モータの従来技術に
ついて説明を行う。
ついて説明を行う。
第６図は円環形超音波モータの斜視図であり、円環形
の弾性体１の円環面の一方に圧電体として円環形圧電セ
ラミック２を貼合せて振動体３を構成している。４は耐
摩耗性材料の摩擦材、５は弾性体であり、互いに貼合せ
られて移動体６を構成している。移動体６は摩擦材４を
介して振動体３と接触している。圧電体２に電界を印加
すると振動体３の周方向に曲げ振動の進行波が励起さ
れ、移動体６を駆動する。尚、同図中の矢印は移動体６
の回転方向を示す。
の弾性体１の円環面の一方に圧電体として円環形圧電セ
ラミック２を貼合せて振動体３を構成している。４は耐
摩耗性材料の摩擦材、５は弾性体であり、互いに貼合せ
られて移動体６を構成している。移動体６は摩擦材４を
介して振動体３と接触している。圧電体２に電界を印加
すると振動体３の周方向に曲げ振動の進行波が励起さ
れ、移動体６を駆動する。尚、同図中の矢印は移動体６
の回転方向を示す。
第７図は第６図の超音波モータに使用した圧電セラミ
ック２の電極構造の一例を示している。同図では円周方
向に９波の弾性波がのるようにしてある。同図におい
て、ＡおよびＢはそれぞれ２分の１波長相当の小領域か
ら成る電極群で、Ｃは４分の３波長、Ｄは４分の１波長
の長さの電極である。電極ＣおよびＤは電極群ＡとＢに
位置的に４分の１波長（＝90度）の位相差を作ってい
る。電極ＡとＢ内の隣り合う小電極部は互いに反対に厚
み方向に分極されている。圧電体２の弾性体１との接着
面は、第７図に示めされた面と反対の面であり、電極は
ベタ電極である。使用時には、電極群ＡおよびＢは第７
図に斜線で示されたように、そぞ短絡して用いられる。
ック２の電極構造の一例を示している。同図では円周方
向に９波の弾性波がのるようにしてある。同図におい
て、ＡおよびＢはそれぞれ２分の１波長相当の小領域か
ら成る電極群で、Ｃは４分の３波長、Ｄは４分の１波長
の長さの電極である。電極ＣおよびＤは電極群ＡとＢに
位置的に４分の１波長（＝90度）の位相差を作ってい
る。電極ＡとＢ内の隣り合う小電極部は互いに反対に厚
み方向に分極されている。圧電体２の弾性体１との接着
面は、第７図に示めされた面と反対の面であり、電極は
ベタ電極である。使用時には、電極群ＡおよびＢは第７
図に斜線で示されたように、そぞ短絡して用いられる。
以上のように構成された超音波モータの圧電体２の電
極ＡおよびＢに V1＝V0×sin（ωｔ） ……（１） V2＝V0×cos（ωｔ） ……（２） ただし、V0:電圧の瞬時値 ω：角周波数 t:時間 で表される電圧V1およびV2をそれぞれ印加すれば、振動
体３には ξ＝ξ０×（cos（ωｔ）×cos（kx） ＋sin（ωｔ）×sin（kx）） ＝ξ０×（cos（ωｔ−kx） ……（３） ただしξ：曲げ振動の振幅値 ξ０曲げ振動の瞬時値 k:波数（２π／λ） λ：波長 x:位置 で表せる、円周方向に進行する曲げ振動が励起される。
極ＡおよびＢに V1＝V0×sin（ωｔ） ……（１） V2＝V0×cos（ωｔ） ……（２） ただし、V0:電圧の瞬時値 ω：角周波数 t:時間 で表される電圧V1およびV2をそれぞれ印加すれば、振動
体３には ξ＝ξ０×（cos（ωｔ）×cos（kx） ＋sin（ωｔ）×sin（kx）） ＝ξ０×（cos（ωｔ−kx） ……（３） ただしξ：曲げ振動の振幅値 ξ０曲げ振動の瞬時値 k:波数（２π／λ） λ：波長 x:位置 で表せる、円周方向に進行する曲げ振動が励起される。
第８図は振動体３の表面のＡ点が進行波の励起によっ
て、長軸2w、短軸2uの楕円運動をし、振動体３上に加圧
して設置された移動体６が、楕円の頂点近傍で接触する
ことにより、摩擦力により波の進行方向とは逆方向にｖ
＝ω×ｕの速度で運動する様子を示している。
て、長軸2w、短軸2uの楕円運動をし、振動体３上に加圧
して設置された移動体６が、楕円の頂点近傍で接触する
ことにより、摩擦力により波の進行方向とは逆方向にｖ
＝ω×ｕの速度で運動する様子を示している。
また、第９図は第６図の超音波モータに使用した曲げ
振動モードの径方向の変位分布図である。一般に、円環
型超音波モータでは径方向１次、周方向３次以上の曲げ
振動モードが使用される。
振動モードの径方向の変位分布図である。一般に、円環
型超音波モータでは径方向１次、周方向３次以上の曲げ
振動モードが使用される。
以上説明した超音波モータは、圧電体３の電極とし
て、駆動しない１波長相当分の電極（第７図の電極Ｃと
Ｄ）があり、そのため駆動能力が小さく、大きな出力を
出すことができない。
て、駆動しない１波長相当分の電極（第７図の電極Ｃと
Ｄ）があり、そのため駆動能力が小さく、大きな出力を
出すことができない。
発明が解決しようとする問題点 以上のように、従来の超音波モータは、圧電体の電極
として、駆動しない１波長相当分の電極があり、駆動電
極の面積がその分小さくなり、そのため駆動能力が小さ
く、大きな出力を出すことができないという問題点があ
った。
として、駆動しない１波長相当分の電極があり、駆動電
極の面積がその分小さくなり、そのため駆動能力が小さ
く、大きな出力を出すことができないという問題点があ
った。
本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、出力が大
きい超音波モータを提供することを目的としている。
きい超音波モータを提供することを目的としている。
問題点を解決するための手段 超音波モータの圧電体の第１面の全面に４分の１波長
相当の小電極を交互に形成して成る２組の駆動電極群を
構成し、２組の駆動電極群のうち少なくとも１組の駆動
電極群の小電極を電極パターンにより短絡し、圧電体の
第２面に第１面の１組の駆動電極群の小電極と他組の駆
動電極群の小電極に対応して２分の１波長相当の小電極
を全面に構成し、圧電体の第２面を弾性体に貼り付ける
ことにより構成した振動体を用いる。
相当の小電極を交互に形成して成る２組の駆動電極群を
構成し、２組の駆動電極群のうち少なくとも１組の駆動
電極群の小電極を電極パターンにより短絡し、圧電体の
第２面に第１面の１組の駆動電極群の小電極と他組の駆
動電極群の小電極に対応して２分の１波長相当の小電極
を全面に構成し、圧電体の第２面を弾性体に貼り付ける
ことにより構成した振動体を用いる。
作 用 振動体を構成する圧電体の全域に駆動電極を構成する
ことにより、超音波モータの駆動能力を高められる。ま
た、圧電体の１面の４分の１波長相当の電極を１つおき
に短絡する少なくとも１つの電極パターンを有すること
により、駆動端子の取り出しを簡単にできる。
ことにより、超音波モータの駆動能力を高められる。ま
た、圧電体の１面の４分の１波長相当の電極を１つおき
に短絡する少なくとも１つの電極パターンを有すること
により、駆動端子の取り出しを簡単にできる。
実施例 以下、図面に従って本発明の一実施例について詳細な
説明を行う。
説明を行う。
第１図は、本発明の円環型超音波モータに用いる圧電
体７の電極構造を示す平面図である。同図の（ａ）は第
１面の電極構造であり、周方向に４分の１波長相当の長
さをもつ小電極群ａ〜ｐから成る。小電極群ａ〜ｐは、
１つおきに電極パターンにより短絡されている。同図の
（ｂ）は第２面の電極構造であり、第１面の電極に対応
する周方向に２分の１波長相当の長さをもつ小電極群ｑ
〜ｘから成る。同図の圧電体７は、同図（ａ）に示した
第１面の小電極を共通にして、同図（ｂ）に示すよう
に、隣り合う小電極部の分極方向が逆になるように厚さ
方向に分極されている。
体７の電極構造を示す平面図である。同図の（ａ）は第
１面の電極構造であり、周方向に４分の１波長相当の長
さをもつ小電極群ａ〜ｐから成る。小電極群ａ〜ｐは、
１つおきに電極パターンにより短絡されている。同図の
（ｂ）は第２面の電極構造であり、第１面の電極に対応
する周方向に２分の１波長相当の長さをもつ小電極群ｑ
〜ｘから成る。同図の圧電体７は、同図（ａ）に示した
第１面の小電極を共通にして、同図（ｂ）に示すよう
に、隣り合う小電極部の分極方向が逆になるように厚さ
方向に分極されている。
第１図に示した圧電体７は、第２面を鉄やアルミニウ
ムなどの弾性体に接着して振動体を構成する。弾性体が
導体の場合は第２面の小電極群は自動的に短絡される
が、絶縁体の場合は第２面の小電極群が短絡されるよう
にしなければならない。駆動時には、１端子は短絡用電
極パターンから取り出し、もう１端子は第１図（ａ）に
示すように、残りの小電極群を短絡して取り出す。この
２つの端子に90度位相の異なる駆動電圧を印加すれば、
振動体に、円周方向に進行する曲げ振動が励起される。
ムなどの弾性体に接着して振動体を構成する。弾性体が
導体の場合は第２面の小電極群は自動的に短絡される
が、絶縁体の場合は第２面の小電極群が短絡されるよう
にしなければならない。駆動時には、１端子は短絡用電
極パターンから取り出し、もう１端子は第１図（ａ）に
示すように、残りの小電極群を短絡して取り出す。この
２つの端子に90度位相の異なる駆動電圧を印加すれば、
振動体に、円周方向に進行する曲げ振動が励起される。
第２図は第１図に示した圧電体を用いた超音波モータ
の動作原理図である。同図中の電極符号は、第１図
（ａ）に示した小電極に付けた符号に対応する。第２図
の（ａ）は一つおきの一方の電極群が作る曲げ振動の定
在波であり、同図（ｂ）は他方の電極群が作る曲げ振動
の定在波である。２つの定在波は重畳されて曲げ振動の
進行波を励振し、振動体に加圧接触して置かれた移動体
を移動する。
の動作原理図である。同図中の電極符号は、第１図
（ａ）に示した小電極に付けた符号に対応する。第２図
の（ａ）は一つおきの一方の電極群が作る曲げ振動の定
在波であり、同図（ｂ）は他方の電極群が作る曲げ振動
の定在波である。２つの定在波は重畳されて曲げ振動の
進行波を励振し、振動体に加圧接触して置かれた移動体
を移動する。
第３図は円板型超音波モータの切り欠き斜視図であ
る。９は円板形の圧電体で、弾性体８に貼り合わせられ
て、振動体10を構成している。11は耐摩耗性の摩擦材
で、弾性体12に貼り合わせられて、移動体13を構成して
いる。移動体13は、振動体10に摩擦材11を介して加圧接
触して設置され、振動体10を駆動することにより回転軸
14のまわりを回転する。
る。９は円板形の圧電体で、弾性体８に貼り合わせられ
て、振動体10を構成している。11は耐摩耗性の摩擦材
で、弾性体12に貼り合わせられて、移動体13を構成して
いる。移動体13は、振動体10に摩擦材11を介して加圧接
触して設置され、振動体10を駆動することにより回転軸
14のまわりを回転する。
第４図は第３図の円板型超音波モータの振動体の変位
分布図である。円板型超音波モータでは、径方向２次、
周方向３次以上の曲げモードを使っている。超音波モー
タの速度は振動の振幅に比例するので、同図の矢印に示
す振幅の最大点から、摩擦材11を介して機械出力を取り
出す。
分布図である。円板型超音波モータでは、径方向２次、
周方向３次以上の曲げモードを使っている。超音波モー
タの速度は振動の振幅に比例するので、同図の矢印に示
す振幅の最大点から、摩擦材11を介して機械出力を取り
出す。
第５図は第３図の円板型超音波モータの振動体を構成
する圧電体９の電極構造を示す平面図である。同図
（ａ）は第１面の電極構造であり、周方向に４分の１波
長相当の長さをもつ小電極群15から成る。小電極群15は
１つおきに電極パターンにより短絡されて、２つの駆動
電極を構成している。同図（ｂ）は第２面の電極構造で
あり、第１面の電極に対応する周方向に２分の１波長相
当の長さをもつ小電極群16から成る。同図の圧電体は同
図（ａ）に示した第１面の小電極を共通にして、同図
（ｂ）に示すように、隣り合う小電極部の分極方向が逆
になるように厚さ方向に分極する。
する圧電体９の電極構造を示す平面図である。同図
（ａ）は第１面の電極構造であり、周方向に４分の１波
長相当の長さをもつ小電極群15から成る。小電極群15は
１つおきに電極パターンにより短絡されて、２つの駆動
電極を構成している。同図（ｂ）は第２面の電極構造で
あり、第１面の電極に対応する周方向に２分の１波長相
当の長さをもつ小電極群16から成る。同図の圧電体は同
図（ａ）に示した第１面の小電極を共通にして、同図
（ｂ）に示すように、隣り合う小電極部の分極方向が逆
になるように厚さ方向に分極する。
第５図に示した圧電体は、第２面を鉄やアルミニウム
などの弾性体に接着して振動体を構成する。弾性体が導
体の場合は第２面の小電極群16は自動的に短絡される
が、絶縁体の場合は第２面の小電極群16が短絡されるよ
うにしなければならない。駆動端子は短絡用電極パター
ンから、２端子取り出す。この２つの端子に90度位相の
異なる駆動電圧を印加すれば、振動体に、円周方向に進
行する曲げ振動が励起される。
などの弾性体に接着して振動体を構成する。弾性体が導
体の場合は第２面の小電極群16は自動的に短絡される
が、絶縁体の場合は第２面の小電極群16が短絡されるよ
うにしなければならない。駆動端子は短絡用電極パター
ンから、２端子取り出す。この２つの端子に90度位相の
異なる駆動電圧を印加すれば、振動体に、円周方向に進
行する曲げ振動が励起される。
本発明によれば、振動体を構成する圧電体の全域に駆
動電極を構成することにより、駆動能力の高い、また、
圧電体の１面の４分の１波長相当の電極を１つおきに短
絡する少なくとも１つの電極パターンを有することによ
り、駆動端子の取り出しの簡単な、しかも全面駆動電極
構造により出力の大きな超音波モータが実現できる。
動電極を構成することにより、駆動能力の高い、また、
圧電体の１面の４分の１波長相当の電極を１つおきに短
絡する少なくとも１つの電極パターンを有することによ
り、駆動端子の取り出しの簡単な、しかも全面駆動電極
構造により出力の大きな超音波モータが実現できる。
発明の効果 本発明によれば、圧電体の第１面と第２面の駆動電極
構造と配線電極パターンにより、分極が簡単にでき、駆
動端子の取り出しが容易になるという効果とともに、ほ
ぼ全面駆動電極構造をとることにより駆動能力が大きく
出力が大きいという効果を有する超音波モータを提供で
きる。
構造と配線電極パターンにより、分極が簡単にでき、駆
動端子の取り出しが容易になるという効果とともに、ほ
ぼ全面駆動電極構造をとることにより駆動能力が大きく
出力が大きいという効果を有する超音波モータを提供で
きる。
第１図は本発明の円環型超音波モータに用いる圧電体の
電極構造を示す平面図、第２図は第１図に示した圧電体
を用いた超音波モータの動作原理図、第３図は円板型超
音波モータの切り欠き斜視図、第４図は第３図の円板型
超音波モータの振動体の変位分布図、第５図は第３図の
円板型超音波モータの振動体を構成する圧電体の電極構
造を示す平面図、第６図は円環形超音波モータの切り欠
き斜視図、第７図は第６図の超音波モータに用いた圧電
体の形状と電極構造を示す平面図、第８図は超音波モー
タの動作原理の説明図、第９図は第６図の超音波モータ
に使用した曲げ振動モードの径方向の変位分布図であ
る。 １……弾性体、２……圧電体、３……振動体、４……摩
擦材、５……弾性体、６……移動体、７……電圧体、８
……弾性体、９……電圧体、10……振動体、11……摩擦
材、12……弾性体、13……移動体、14……回転軸。
電極構造を示す平面図、第２図は第１図に示した圧電体
を用いた超音波モータの動作原理図、第３図は円板型超
音波モータの切り欠き斜視図、第４図は第３図の円板型
超音波モータの振動体の変位分布図、第５図は第３図の
円板型超音波モータの振動体を構成する圧電体の電極構
造を示す平面図、第６図は円環形超音波モータの切り欠
き斜視図、第７図は第６図の超音波モータに用いた圧電
体の形状と電極構造を示す平面図、第８図は超音波モー
タの動作原理の説明図、第９図は第６図の超音波モータ
に使用した曲げ振動モードの径方向の変位分布図であ
る。 １……弾性体、２……圧電体、３……振動体、４……摩
擦材、５……弾性体、６……移動体、７……電圧体、８
……弾性体、９……電圧体、10……振動体、11……摩擦
材、12……弾性体、13……移動体、14……回転軸。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−110389（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−196084（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−44495（ＪＰ，Ｕ)
Claims (1)
- 【請求項１】２組の駆動電極群が形成された圧電体に位
相の異なる２つの交流電圧を印加して、前記圧電体と弾
性体とから構成される振動体に弾性進行波を励振するこ
とにより、前記振動体上に接触して設置された移動体を
移動させる超音波モータにおいて、 前記圧電体の第１面に４分の１波長相当の小電極を交互
に形成して成る２組の駆動電極群を構成し、 前記２組の駆動電極群のうち少なくとも１組の駆動電極
群の前記小電極を電極パターンにより短絡し、 前記圧電体の第２面に、前記第１面の前記１組の駆動電
極群の前記小電極と、他組の駆動電極群の前記小電極に
対応して２分の１波長相当の小電極を複数個構成し、 前記圧電体の前記第２面を前記弾性体に貼り付けること
により構成した振動体を用いることを特徴とする超音波
モータ。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62284535A JP2638856B2 (ja) | 1987-11-11 | 1987-11-11 | 超音波モータ |
| DE88118525T DE3883483T2 (de) | 1987-11-11 | 1988-11-07 | Ultraschallmotoranordnung. |
| EP88118525A EP0315933B1 (en) | 1987-11-11 | 1988-11-07 | Ultrasonic motor |
| KR1019880014775A KR910003672B1 (ko) | 1987-11-11 | 1988-11-10 | 초음파 모우터 |
| US07/894,144 US5408156A (en) | 1987-11-11 | 1990-04-23 | Ultrasonic motor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62284535A JP2638856B2 (ja) | 1987-11-11 | 1987-11-11 | 超音波モータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01129782A JPH01129782A (ja) | 1989-05-23 |
| JP2638856B2 true JP2638856B2 (ja) | 1997-08-06 |
Family
ID=17679719
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62284535A Expired - Lifetime JP2638856B2 (ja) | 1987-11-11 | 1987-11-11 | 超音波モータ |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5408156A (ja) |
| EP (1) | EP0315933B1 (ja) |
| JP (1) | JP2638856B2 (ja) |
| KR (1) | KR910003672B1 (ja) |
| DE (1) | DE3883483T2 (ja) |
Families Citing this family (12)
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