JP3119920B2 - 超音波モータ - Google Patents
超音波モータInfo
- Publication number
- JP3119920B2 JP3119920B2 JP03328725A JP32872591A JP3119920B2 JP 3119920 B2 JP3119920 B2 JP 3119920B2 JP 03328725 A JP03328725 A JP 03328725A JP 32872591 A JP32872591 A JP 32872591A JP 3119920 B2 JP3119920 B2 JP 3119920B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- ultrasonic motor
- piezoelectric body
- lead wire
- wave
- 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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- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、圧電体により励振した
弾性振動を駆動力とする超音波モータに関し、特に圧電
体へのリードの取り付けに関する。
弾性振動を駆動力とする超音波モータに関し、特に圧電
体へのリードの取り付けに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、圧電セラミック等の圧電体により
構成した振動体を励振し、これを駆動力とする超音波モ
ータが注目されている。以下に、図面を参照しながら従
来の超音波モータについて説明する。図３は超音波モー
タの斜視図であり、弾性基板１の一方の面に圧電体２を
貼り合わせて振動体３を構成している。また、弾性基板
１の他方の面には突起体１ａが設置されている。４は弾
性体、５は耐摩耗性の摩擦材であり、互いに貼り合わせ
て移動体６を構成している。移動体６はばね等（図示せ
ず）により摩擦材５を介して振動体３に加圧接触してい
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振され、移動体６が摩擦力により駆
動される。図４は圧電体２の電極構造の一例を示してお
り、円周方向に９波の曲げ振動を励振するように構成し
ている。同図において、斜線を施したＡ０，Ｂ０はそれ
ぞれ２分の１波長相当の小領域からなる電極群である。
Ｃ０は４分の１波長、Ｄ０は４分の３波長の長さの電極
である。Ａ０の電極群とＢ０の電極群とは互いに、位置
的に４分の１波長（＝９０度）の位相差を持つ。また電
極群Ａ０，Ｂ０内の隣合う小電極部は、互いに反対に厚
み方向に分極されている。圧電体２の弾性基板１との接
着面は、同図に示された面と反対の面であり、電極はべ
た電極である。使用時には、同図に斜線で示したように
それぞれ短絡して用いられる。この電極群Ａ０，Ｂ０に
電圧Ｖ１＝Ｖ０sin（ωｔ），Ｖ２＝Ｖ０cos（ωｔ）を
それぞれ印加すれば、円周方向に進行する曲げ振動の進
行波ξ＝ξ０cos（ωｔ−ｋｘ）が励振される。
構成した振動体を励振し、これを駆動力とする超音波モ
ータが注目されている。以下に、図面を参照しながら従
来の超音波モータについて説明する。図３は超音波モー
タの斜視図であり、弾性基板１の一方の面に圧電体２を
貼り合わせて振動体３を構成している。また、弾性基板
１の他方の面には突起体１ａが設置されている。４は弾
性体、５は耐摩耗性の摩擦材であり、互いに貼り合わせ
て移動体６を構成している。移動体６はばね等（図示せ
ず）により摩擦材５を介して振動体３に加圧接触してい
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振され、移動体６が摩擦力により駆
動される。図４は圧電体２の電極構造の一例を示してお
り、円周方向に９波の曲げ振動を励振するように構成し
ている。同図において、斜線を施したＡ０，Ｂ０はそれ
ぞれ２分の１波長相当の小領域からなる電極群である。
Ｃ０は４分の１波長、Ｄ０は４分の３波長の長さの電極
である。Ａ０の電極群とＢ０の電極群とは互いに、位置
的に４分の１波長（＝９０度）の位相差を持つ。また電
極群Ａ０，Ｂ０内の隣合う小電極部は、互いに反対に厚
み方向に分極されている。圧電体２の弾性基板１との接
着面は、同図に示された面と反対の面であり、電極はべ
た電極である。使用時には、同図に斜線で示したように
それぞれ短絡して用いられる。この電極群Ａ０，Ｂ０に
電圧Ｖ１＝Ｖ０sin（ωｔ），Ｖ２＝Ｖ０cos（ωｔ）を
それぞれ印加すれば、円周方向に進行する曲げ振動の進
行波ξ＝ξ０cos（ωｔ−ｋｘ）が励振される。
【０００３】図５は振動体３の表面の点が進行波を励振
することによって、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Ｐ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υ＝ω×ｕで表される速度υで運
動する様子を示している。
することによって、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Ｐ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υ＝ω×ｕで表される速度υで運
動する様子を示している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の超音波モー
タでは、圧電体の駆動電極間でアドミッタンスの周波数
特性が等しい場合、同振幅で時間的に９０度位相が異な
る交流電圧を駆動電極に印加すれば、振動体に安定した
進行波を励振することができる。しかし駆動電極にリー
ド線を接続する位置により、駆動電極とリード線との接
続部分の質量やリード線の質量等の影響で駆動電極間で
アドミッタンスの周波数特性が異なってくる場合があ
り、その場合同振幅で時間的に９０度位相が異なる交流
電圧を駆動電極に印加しても、振動体が不要振動を励振
して超音波モータの動作が不安定になる場合があった。
タでは、圧電体の駆動電極間でアドミッタンスの周波数
特性が等しい場合、同振幅で時間的に９０度位相が異な
る交流電圧を駆動電極に印加すれば、振動体に安定した
進行波を励振することができる。しかし駆動電極にリー
ド線を接続する位置により、駆動電極とリード線との接
続部分の質量やリード線の質量等の影響で駆動電極間で
アドミッタンスの周波数特性が異なってくる場合があ
り、その場合同振幅で時間的に９０度位相が異なる交流
電圧を駆動電極に印加しても、振動体が不要振動を励振
して超音波モータの動作が不安定になる場合があった。
【０００５】本発明は上記課題を解決し、常に安定した
動作が得られ、しかも駆動効率のよい超音波モータを提
供することを目的とする。
動作が得られ、しかも駆動効率のよい超音波モータを提
供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の超音波モータは、励振する進行波を構成する
２つの定在波に対して、定在波の振幅最大点である腹部
と、前記定在波の振幅最小点である節部との中間で、か
つ前記２つの定在波の影響がほぼ均等となっている個所
において、圧電体上の駆動電極に電気エネルギーを供給
するリード線などの接続構造を有するものである。
に本発明の超音波モータは、励振する進行波を構成する
２つの定在波に対して、定在波の振幅最大点である腹部
と、前記定在波の振幅最小点である節部との中間で、か
つ前記２つの定在波の影響がほぼ均等となっている個所
において、圧電体上の駆動電極に電気エネルギーを供給
するリード線などの接続構造を有するものである。
【０００７】
【作用】上記構成により、駆動電極とリード線などの接
続構造の質量やリード線の質量等の影響を均等にし、駆
動電極間での共振周波数や共振抵抗の差を小さくしアド
ミッタンスの周波数特性を同じにすることができる。
続構造の質量やリード線の質量等の影響を均等にし、駆
動電極間での共振周波数や共振抵抗の差を小さくしアド
ミッタンスの周波数特性を同じにすることができる。
【０００８】
【実施例】以下本発明の一実施例について図面を参照し
ながら説明する。図１は本発明の一実施例における円環
型超音波モータの圧電体の断面図と、駆動電極により励
振される波動との関係を示している。圧電体２の第１面
（図では上方の面）には、互いに位置的に４分の１波長
相当の位相差を持つ電極群Ａ，Ｂと、４分の１波長相当
の電極Ｃが構成されている。
ながら説明する。図１は本発明の一実施例における円環
型超音波モータの圧電体の断面図と、駆動電極により励
振される波動との関係を示している。圧電体２の第１面
（図では上方の面）には、互いに位置的に４分の１波長
相当の位相差を持つ電極群Ａ，Ｂと、４分の１波長相当
の電極Ｃが構成されている。
【０００９】圧電体２の第２面は弾性基板１に接着され
て振動体３を構成する。第１面の電極群Ａ，Ｂはそれぞ
れ２分の１波長相当の小電極部から成り電極群ごとに電
気的に接続され、電極Ｃは弾性基板１と電気的に接続さ
れている。また、波動α，βはそれぞれ駆動電極群Ａ，
Ｂにより励振される定在波である。
て振動体３を構成する。第１面の電極群Ａ，Ｂはそれぞ
れ２分の１波長相当の小電極部から成り電極群ごとに電
気的に接続され、電極Ｃは弾性基板１と電気的に接続さ
れている。また、波動α，βはそれぞれ駆動電極群Ａ，
Ｂにより励振される定在波である。
【００１０】図２（ａ）、（ｂ）は電極群Ａ、Ｂからみ
た振動体３の共振周波数近傍のアドミッタンスの周波数
特性である。図２（ａ）は電極群Ｂのｂ１でリード線を
接続した場合、図２（ｂ）はｂ２でリード線を接続した
場合を示している。電極群Ｂのｂ１でリード線を接続す
ると、図２（ａ）に示したように、電極群Ａの特性ＹＡ
と電極群Ｂの特性ＹＢとの間で共振周波数が異なってい
る。これは図１に示すように、電極群Ａのリード線接続
位置ａ、電極Ｃのリード線接続位置ｃは、共に波動α、
βの振動の腹部と節部との間にあるが、電極群Ｂのリー
ド線接続位置ｂ１は波動αに対して節部近傍で、波動β
に対して腹部近傍に存在し、リード線接続部分の質量と
リード線の質量の影響が電極群Ａ，Ｂにより異なるため
である。
た振動体３の共振周波数近傍のアドミッタンスの周波数
特性である。図２（ａ）は電極群Ｂのｂ１でリード線を
接続した場合、図２（ｂ）はｂ２でリード線を接続した
場合を示している。電極群Ｂのｂ１でリード線を接続す
ると、図２（ａ）に示したように、電極群Ａの特性ＹＡ
と電極群Ｂの特性ＹＢとの間で共振周波数が異なってい
る。これは図１に示すように、電極群Ａのリード線接続
位置ａ、電極Ｃのリード線接続位置ｃは、共に波動α、
βの振動の腹部と節部との間にあるが、電極群Ｂのリー
ド線接続位置ｂ１は波動αに対して節部近傍で、波動β
に対して腹部近傍に存在し、リード線接続部分の質量と
リード線の質量の影響が電極群Ａ，Ｂにより異なるため
である。
【００１１】次に電極群Ｂのｂ２でリード線を接続する
と、図２（ｂ）に示したように、電極群Ａの特性ＹＡと
電極群Ｂの特性ＹＢとの間で共振周波数が図２（ａ）に
比べて接近している。これは図１に示すように、電極群
Ｂのリード線接続位置ｂ２が電極群Ａのリード線接続位
置ａ、電極Ｃのリード接続位置ｃと同様に波動α，βの
振動の腹部と節部との間に存在し、リード線接続部分の
質量とリード線の質量の影響が電極群Ａ，Ｂでほぼ均等
となっているためである。以上のように、圧電体の駆動
電極に電気エネルギーを供給する位置を、本実施例のよ
うな構造とすることにより、安定した進行波を容易に励
振することができるため、動作が安定し、しかも駆動効
率の良い超音波モータを実現することができる。
と、図２（ｂ）に示したように、電極群Ａの特性ＹＡと
電極群Ｂの特性ＹＢとの間で共振周波数が図２（ａ）に
比べて接近している。これは図１に示すように、電極群
Ｂのリード線接続位置ｂ２が電極群Ａのリード線接続位
置ａ、電極Ｃのリード接続位置ｃと同様に波動α，βの
振動の腹部と節部との間に存在し、リード線接続部分の
質量とリード線の質量の影響が電極群Ａ，Ｂでほぼ均等
となっているためである。以上のように、圧電体の駆動
電極に電気エネルギーを供給する位置を、本実施例のよ
うな構造とすることにより、安定した進行波を容易に励
振することができるため、動作が安定し、しかも駆動効
率の良い超音波モータを実現することができる。
【００１２】
【発明の効果】以上のように、駆動電極に電気エネルギ
ーを供給するリード線などの接続構造の位置を本発明の
ようにすることによって、動作が安定し、しかも駆動効
率のよい超音波モータを得ることができる。
ーを供給するリード線などの接続構造の位置を本発明の
ようにすることによって、動作が安定し、しかも駆動効
率のよい超音波モータを得ることができる。
【図１】本発明による超音波モータの圧電体と定在波と
の関係図
の関係図
【図２】（ａ）は本発明を実施していない圧電体のアド
ミッタンスの周波数特性図 （ｂ）は本発明を実施している圧電体のアドミッタンス
の周波数特性図
ミッタンスの周波数特性図 （ｂ）は本発明を実施している圧電体のアドミッタンス
の周波数特性図
【図３】超音波モータの切り欠き斜視図
【図４】超音波モータの圧電体の電極構造を示す平面図
【図５】超音波モータの動作原理説明図
１ 弾性基板 １ａ 突起体 ２ 圧電体 ３ 振動体 ４ 弾性体 ５ 摩擦材 ６ 移動体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西倉 孝弘 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 川崎 修 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平２−36775（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−269481（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−178983（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02N 2/00
Claims (1)
- 【請求項１】 圧電体を交流電圧で駆動して、前記圧電
体と弾性体とから構成される振動体に２つの定在波を励
振して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、前記定在波の振幅最大点である腹部と、振幅
最小点である節部との中間の箇所で、かつ前記２つの定
在波の影響がほぼ均等となっている個所において、交流
電圧を供給する接続構造を有することを特徴とする超音
波モータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03328725A JP3119920B2 (ja) | 1991-12-12 | 1991-12-12 | 超音波モータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03328725A JP3119920B2 (ja) | 1991-12-12 | 1991-12-12 | 超音波モータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05168256A JPH05168256A (ja) | 1993-07-02 |
| JP3119920B2 true JP3119920B2 (ja) | 2000-12-25 |
Family
ID=18213484
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03328725A Expired - Lifetime JP3119920B2 (ja) | 1991-12-12 | 1991-12-12 | 超音波モータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3119920B2 (ja) |
-
1991
- 1991-12-12 JP JP03328725A patent/JP3119920B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05168256A (ja) | 1993-07-02 |
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