JP2929228B2 - 超音波モーター用弾性進行波発生体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、精密光学機器の微小位置決め装置などに用
いられる超音波モーター用弾性進行波発生体に関し、特
に直線的移動を発生されることが可能な弾性進行波発生
体の改良に関するものである。

［従来の技術］ 一般に、超音波モーターは、電磁モーターと比較し
て、低回転で大きなトルクが得られること，停止保持力
を有すること及び電磁ノイズが小さいこと等から、従来
カメラのオートフォーカス用や自動車用パワーモーター
などに多用されている。

第４及び第５図に示すとおり、上述した従来の超音波
モーターの一般的な構成である。すなわち、表面上に櫛
歯状の突起を環状に有した金属円盤６と、その裏面に接
着された２枚の圧電セラミックス円盤7,8とからステー
タが構成されている。このステータ上には、円盤状のロ
ーター９が圧接されている。

ここで、圧電セラミックス7,8においては、偶数等分
に厚さ方向に分極されて、互いに分極の向きは逆向きと
なっている。さらに、これら２枚の円盤7,8が分割角度
の半分の角度だけ互いにずらせて接着されているもので
ある。

従来の進行波型超音波モーターにおいては，このよう
な圧電セラミックス円盤は偶数等分に分極の向きが逆向
きとなっており,1枚の圧電セラミックス円盤に１つの分
極領域の寸法が半波長となるような周波数の電圧を印加
すると、ステータには屈曲振動の定在波が発生する。同
様にして、もう一枚の圧電セラミックス円板に、同じ周
波数の電圧を印加すると、ステータには別の屈曲振動が
発生する。２枚の圧電セラミックス円盤に印加する電圧
の位相を90゜ずらせると、ステータには円盤の周方向に
伝播する進行波が発生する。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記したような従来の超音波モーター
において、ステータの屈曲振動の進行波を得るために
は，厚さ方向の分極された圧電セラミックス円盤に、厚
さ方向の交流電圧を印加して圧電磁器矩形波の面と平行
方向の伸縮歪を発生させる、いわゆる圧電横効果によっ
ている。

また、ステータの屈曲振動の進行波を得るためには、
２枚の圧電セラミックス円盤を用いて、これらを接着に
より一体に形成している。

ところで、圧電横効果は、圧電気縦効果に較べて電気
対機械の変換効率がおよそ60％程度であって、非常にそ
の効率が低いという欠点がある。

また２枚の圧電セラミックス円盤を接着して進行波を
発生させているので，接着のバラツキによる振動特性の
バラツキが大きいこと，および振動特性の温度特性が悪
いという欠点がある。

そこで、本発明の技術的課題は、上記欠点に鑑み、接
着層のない圧電セラミックス単体からなるバラツキおよ
び温度変動の少ない弾性進行波発生体を提供することで
ある。

［課題を解決するための手段］ 本発明によれば、2n個（ｎは１以上の整数）以上の表
面間隙部を有するように、複数の表面帯状電極を圧電磁
器矩形板の表面上に配し、前記表面間隙部における分極
は、2n個（ｎは１以上の整数）毎に交互に逆向きになる
ように分極され，前記表面帯状電極は、前記矩形波に第
１の屈曲振動を発生させるように,n個毎に交互に電界の
向きが逆向きになるように第１の交流電圧を印加され、
前記表面帯状電極と対応して、2n個以上の裏面間隙部を
有するように、複数の裏面帯状電極を前記矩形板の他方
の裏面上に配し、前記裏面間隙部における分極は、前記
第１帯状電極に対して、ｎ個の前記表面間隙部だけずら
せて、2n個毎に交互に逆向きになるように分極され、前
記裏面帯状電極は、前記矩形板に第２の屈曲振動を発生
させるように、ｎ個毎に交互に電界の向きが逆向きにな
るように前記第１の交流電圧と位相差を有した第２の交
流電圧を印加されて成ることを特徴とする超音波モータ
ー用弾性進行波発生体が得られる。

［実施例］ 次に、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図に示すように、まず準備として、圧電磁器矩形
波１の一方の面に、複数個の平行帯状電極２を，また他
方の面には、複数個の平行帯状電極２′を，それぞれ等
間隔に形成する。

つぎに第１図（Ａ）に示すとおり、電気的に結線し
て,2個ずつの帯状電極間隙部３の分極の向きが交互に逆
向きになるように分極を施す。

ついで第１図（Ｂ）に示すように電気的に結線して,1
個ずつの帯状電極間隙部３の電界の向きが交互に逆にな
るように第１の交流電圧を印加する。すると印加電圧の
極性が分極時と同じ部分に圧電縦効果により帯状電極の
長さ方向と直角な方向の伸び歪が発生し，印加電圧の極
性が分極時と逆の部分には圧電縦効果により帯状電極の
長さ方向と直角な方向の縮み歪が発生する。この結果矩
形板１には第１図（Ｃ）に示すように第１の屈曲振動が
発生する。

つぎに矩形板１の他方の面において，第２図（Ａ）に
示すように帯状電極１個分だけずらせて帯状電極２′を
電気的に結線し，また２個ずつの帯状電極２′の分極の
向きが交互に逆になるように分極を施す。

ついで第２図（Ｂ）に示すように電気的に結線して,1
個ずつの帯状電極間隙部の電界の向きが交互に逆向きに
なるように第２の交流電圧を印加する。これにより矩形
板１には第２図（Ｃ）に示すような第２の屈曲振動が発
生する。

ここで第１と第２の交流電圧に位相差を持たせように
すると矩形板１には弾性進行波が発生するようになる。

第３図ｎ（同一分極の向きの区間の半分）の値に対す
る分極の向き（ｐ），印加電界の向き（Ｅ）および発生
する歪の虚勢（Ｓ）を示す。なおここでは１つの符号の
間隔が帯状電極間隔を示し，波長λは帯状電極間隔の2n
倍で与えられる。

これから明らかなように弾性進行波の波長は歪の符号
の１周期で与えられる。すなわちｎの値を適宜選ぶこと
により同じ電極間隔であっても異る波長の弾性進行波を
得ることができる訳である。

（発明の効果） この発明によれは，電気対機械変換効率の高い圧電縦
効果を利用して，接着層のない圧電セラミックス単体か
らなるバラツキおよび温度変動の少ない弾性進行波発生
体を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１〜３図はこの発明の一例を示す説明図， 第4,5図は従来の超音波モーターを示す斜視図である。 2,2′……帯状電極,3……間隙部。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】2n個（ｎは１以上の整数）以上の表面間隙
   部を有するように、複数の表面帯状電極を圧電磁器矩形
   板の表面上に配し、 前記表面間隙部における分極は、2n個（ｎは１以上の整
   数）毎に交互に逆向きになるように分極され， 前記表面帯状電極は、前記矩形波に第１の屈曲振動を発
   生させるように,n個毎に交互に電界の向きが逆向きにな
   るように第１の交流電圧を印加され、 前記表面帯状電極と対応して、2n個以上の裏面間隙部を
   有するように、複数の裏面帯状電極を前記矩形板の他方
   の裏面上に配し、 前記裏面間隙部における分極は、前記第１帯状電極に対
   して、ｎ個の前記表面間隙部だけずらせて、2n個毎に交
   互に逆向きになるように分極され、 前記裏面帯状電極は、前記矩形板に第２の屈曲振動を発
   生させるように、ｎ個毎に交互に電界の向きが逆向きに
   なるように前記第１の交流電圧と位相差を有した第２の
   交流電圧を印加されて成ることを特徴とする超音波モー
   ター用弾性進行波発生体。