JP3207549B2 - 超音波モータ - Google Patents

超音波モータ

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JP3207549B2
JP3207549B2 JP24363992A JP24363992A JP3207549B2 JP 3207549 B2 JP3207549 B2 JP 3207549B2 JP 24363992 A JP24363992 A JP 24363992A JP 24363992 A JP24363992 A JP 24363992A JP 3207549 B2 JP3207549 B2 JP 3207549B2
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朗弘 飯野
政雄 春日
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セイコーインスツルメンツ株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は圧電素子の伸縮運動を
利用して駆動力を発生させる超音波モータに関するもの
であり、工作機械、及びカメラ等の電子機器での利用が
可能である。
【0002】
【従来の技術】従来の進行波型超音波モータの進行波発
生方法を図面に基づいて説明する。図8において、交互
に分極処理した圧電素子1iを、金属等の振動体2gに
接着し、高周波電圧を印加する。圧電素子1iは圧電横
効果により、矢印の方向に伸縮しようとする。ところ
が、圧電素子1iの片側が振動体2gに接着されている
ために屈曲変形をおこし振動体2gには図のような定在
波振動が発生する。図9のように位置的に位相をずらし
た電極パターンを有する圧電素子1j、及び1kを振動
体2hに接着し、時間的に位相の異なる二つの高周波電
圧を印加すると図10に示したように、それぞれの高周
波電圧で発生した二つの波の合成により進行波が励振出
来る。このような進行波発生方法が知られていた。
【0003】例えば特開平1ー283074号公報に従
来の方法で進行波を発生させるための圧電素子の分極パ
ターンの例が開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし従来の進行波発
生の方法を用いた超音波モータでは、下記の課題があっ
た。 (1)圧電素子の分極方向と垂直な方向に発生する変
位、即ち圧電素子の圧電横効果を利用して進行波を励振
していたため圧電素子の発生力が小さく、超音波モータ
から大きな出力を取り出すのが困難だった。
【0005】(2)圧電素子の変位は移動体と振動体と
の接触方向と垂直方向に働く。これを振動体の屈曲変形
によって移動体と振動体との間に働く接触圧方向の変位
に変換していた。したがって、移動体の振動体への接触
圧に対して振動体の励振力が弱く、大きなトルクを得る
ことが困難であった。
【0006】そこで、この発明の目的は、従来のこのよ
うな課題を解決するため、進行波の励振方法を改善し、
小型で高出力の得られる進行波型超音波モータを提供す
ることにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明は、超音波モータにおいて、圧電素子の圧
電縦効果による移動体と振動体との接触圧方向の圧電素
子の変位を利用して、振動体に進行波を励振させる。
【0008】
【作用】上記の様に、構成された超音波モータにおいて
は、位置的に位相をずらした電極パターンを有する圧電
素子に位相の異なる二つの高周波電圧を印加すると圧電
素子は移動体と振動体の接触圧方向に伸縮し、これに伴
い発生した二つの定在波の合成により振動体には進行波
が発生する。振動体に圧接された移動体は振動体端面の
楕円運動により回転する。圧電素子の圧電縦効果によ
る、移動体と振動体との接触圧方向の変位を利用して、
振動体に進行波を励振させているため、振動体の励振力
がロータと振動体の接触圧に対して強くなり、超音波モ
ータの機械的出力が大きくなる。
【0009】
【実施例】以下にこの発明の実施例を図面に基づいて説
明する。 (実施例1)図1には本発明の第一の実施例の縦断面図
を、図2にはブロック図を示す。圧電素子1fは振動体
2dと支持板3bの間に配置され、ボルト5aとナット
6aによって締めつけ固定されている。移動体4aの中
心には軸受け7aが取りつけられている。軸受け7a
は、ボルト5aのねじ部先端で案内されている。ばね部
材8aによって、移動体4aは振動体2dに圧接されて
いる。
【0010】圧電素子1fに振動波発生回路12より位
相の異なる二つの高周波電圧を印加すると振動体2dに
は進行波が発生する。移動体4aは振動体2dとの間に
働く摩擦力を介して回転する。モータの出力は移動体4
aに設けられた出力軸10aより取り出すことが出来
る。尚、圧電素子、振動体、支持板の固定はボルト、ナ
ット以外のリングやキーや接着を用いても構わない。ま
た、振動体に凸部を設けて振動体の振動を拡大しても構
わない。
【0011】図3には本発明の第一の実施例の定在波発
生方法を示す。圧電素子1aと振動体2a、及び圧電素
子1aと支持板3aの接触方向に交互に分極処理された
圧電素子1aは、振動体2aと支持板3aの間に配置、
接合されている。圧電素子1aに高周波電圧が印加され
ると、圧電素子1aの圧電縦効果により、圧電素子1a
は矢印の方向に伸縮し、振動体2aには定在波が発生す
る。
【0012】図4には本発明の第一の実施例の圧電素子
電極パターンを示した。図5においては、二つずつの電
極パターンは一組みとして交互に分極処理されている。
これらの電極パターンを一つおきに短絡する。このよう
な圧電素子に位相の異なる二つの高周波電圧を印加する
ことにより進行波が励振される。尚、進行波を励振する
圧電素子は実施例2に示したものでも構わず、実施例1
に示したものに限らない。また定在波で駆動させてもよ
い。
【0013】(実施例2)図5には本発明の第二の実施
例の縦断面図を示す。圧電素子1gおよび1hは振動体
2eと振動体2fの間に配置され、ボルト5bとナット
6bによって締めつけ固定されている。移動体4bの中
心には軸受け7bが取りつけられている。軸受け7b
は、ボルト5bのねじ部先端で案内されている。振動体
の支持はボルト5bでなされ、図示しない支持板に固定
される。ばね部材8bによって、移動体4bは振動体2
eに圧接されている。
【0014】圧電素子1gと圧電素子1hに位相の異な
る二つの高周波電圧を印加すると振動体2e、及び2f
には進行波が発生する。移動体4bは振動体2eとの間
に働く摩擦力を介して回転する。モータの出力は移動体
4bに設けられた出力軸10bより取り出すことが出来
る。尚、二つの移動体を振動体2e、及び振動体2fの
両側に設けてもよい。また、圧電素子、振動体の固定は
ボルト、ナット以外の構造を用いても構わない。また、
振動体に凸部を設けて振動体の振幅を拡大しても構わな
い。
【0015】図6には本発明の第二の実施例の定在波発
生方法を示す。圧電素子1bと振動体2bの接触方向、
及び圧電素子1bと振動体2cの接触方向に交互に分極
処理された圧電素子1bは、振動体2b、及び振動体2
cの間に配置、接合されている。圧電素子1bに高周波
電圧が印加されると、圧電素子の圧電縦効果により、圧
電素子1bは矢印の方向に伸縮し、振動体2b、及び振
動体2cには定在波が発生する。
【0016】図7には本発明の第二の実施例2の圧電素
子の電極パターンの例を示している。図7においては、
四つのパターンに分極処理された二つの圧電素子1d及
び、1eを半パターンずらして重ね合わせる。このよう
に構成した圧電素子に位相の異なる二つの高周波電圧を
印加することにより進行波が励振される。尚、進行波を
励振する圧電素子は第一の実施例に示したものでも構わ
ず、第二の実施例に示したものに限らない。また、定在
波で駆動しても構わない。
【0017】(実施例3)本発明の超音波モータに出力
軸に歯車を固定し、歯車列を介することによってレンズ
を駆動すればカメラのズーム機構が実現でき、歯車列よ
りシャッター羽根を駆動すればカメラのシャッタ機構が
実現でき、歯車列より紙送り機構のローラを駆動すれば
プリンタ等の用紙給送の必要な機器の紙送り機構が実現
でき、歯車列よりワーク固定台を駆動すれば旋盤、フラ
イス盤、組立機のような工作機械の位置決め機構が実現
できる。尚、超音波モータの移動体にピンを設けてカメ
ラのシャッタ羽根を駆動させても構わず、移動体に設け
られた溝でシャッタ羽根駆動ピンを駆動させても構わな
い。また、超音波モータの出力軸に紙送り機構のローラ
を直接取り付けても構わない。
【0018】以上により本発明の超音波モータはカメラ
のズーム機構、シャッタ機構、プリンタ等の紙送り機
構、工作機械の位置決め機構等への動力源としての利用
が可能である。
【0019】
【発明の効果】この発明は、以上説明したように、超音
波モータにおいて、移動体と振動体との接触圧方向に分
極された圧電素子を支持板と振動体の間に配置、もしく
は二つの振動体の間に配置し、これをボルト等により締
めつけ固定する構造とし、圧電縦効果による圧電素子の
移動体と振動体との接触圧方向の変位を利用し、振動体
に進行波を励振させることにより、以下に記載する効果
を有する。
【0020】(1)圧電素子の圧電縦効果による移動体
と振動体との接触圧方向の変位により進行波を励振して
いるため、変位と同方向の移動体の振動体への接触圧に
対して強く、小型で大きな機械的出力が得られる。 (2)圧電素子を振動体にボルト等を利用して締めつけ
固定しているため、超音波モータから高出力を取り出し
ても圧電素子は破壊に対して強い。また、圧電素子の接
着が不要となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一の実施例の超音波モータの縦断面
図である。
【図2】本発明の第一の実施例の超音波モータのブロッ
ク図である。
【図3】本発明の第一の実施例の定在波発生方法を示す
図である。
【図4】本発明の第一の実施例の圧電素子電極パターン
を示す図である。
【図5】本発明の第二の実施例の超音波モータの縦断面
図である。
【図6】本発明の第二の実施例の定在波発生方法を示す
図である。
【図7】本発明の第二の実施例の圧電素子電極パターン
を示す図である。
【図8】従来の定在波発生方法を示す図である。
【図9】従来の進行波発生方法を示す図である。
【図10】進行波発生の様子を示す図である。
【符号の説明】
1 圧電素子 2 振動体 3 支持板 4 移動体 5 ボルト 6 ナット 7 軸受け 8 ばね部材 9 ばね押さえ部材 10 出力軸 11 リード線 12 振動波発生回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−257925(JP,A) 特開 平2−209340(JP,A) 特開 平1−107677(JP,A) 実開 平3−117391(JP,U) 実開 平4−86095(JP,U) 実開 平4−10594(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02N 2/00

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧電素子の伸縮運動を利用して、振動体
    に振動波を励振させることにより、前記振動体に加圧接
    触された移動体を摩擦駆動させる超音波モータにおい
    て、 前記振動体を支持する支持手段と、 前記振動体と前記支持手段の間に配置され、前記振動体
    と前記移動体との間に働く接触圧方向に分極されるとと
    もに、周方向に対して分極方向が異なる複数の分極領域
    を有する円板もしくは円環形状の圧電素子と、 前記圧電素子および前記振動体に振動波を発生させるた
    めの高周波電圧を発生する振動波発生回路とから構成さ
    れ、 前記圧電素子の、前記振動体と前記圧電素子との間に働
    く接触圧方向の伸縮運動を利用して、前記振動体の周方
    向に屈曲振動波を発生させることを特徴とする超音波モ
    ータ。
  2. 【請求項2】 圧電素子の伸縮運動を利用して、第一の
    振動体および第二の振動体に振動波を励振させることに
    より、前記第一の振動体に移動体を摩擦駆動させる超音
    波モータにおいて、 前記第一の振動体に加圧接触されるように配置された前
    記移動体と、 前記第一の振動体と前記第二の振動体の間に配置され、
    前記第一の振動体と前記移動体との間に働く接触圧方向
    に分極されるとともに、周方向に対して分極方向が異な
    る複数の分極領域を有する円板もしくは円環形状の圧電
    素子と、 前記圧電素子および前記振動体に振動波を発生させるた
    めの高周波電圧を発生する振動波発生回路とから構成さ
    れ、 前記圧電素子の、前記振動体と前記圧電素子との間に働
    く接触圧方向の伸縮運動を利用して、前記第一および第
    二の振動体の周方向に屈曲振動波を発生させることを特
    徴とする超音波モータ。
  3. 【請求項3】 前記圧電素子は、前記分極領域が周方向
    に対して互いにずれるようにして、前記圧電素子を複数
    配置したことを特徴とする請求項1もしくは請求項2記
    載の超音波モータ。
  4. 【請求項4】 圧電素子の伸縮運動を利用して、振動体
    の周方向に屈曲振動 波を発生させることにより、前記振
    動体に加圧接触された移動体を摩擦駆動させる超音波モ
    ータにおいて、 前記振動体を支持する支持手段と、 前記振動体と前記支持手段の間に配置され、前記振動体
    と前記移動体との間に働く接触圧方向に分極されるとと
    もに、周方向に対して分極方向が異なる複数の分極領域
    を有する円板もしくは円環形状の圧電素子と、 前記振動体と前記支持板の中心部を貫通するとともに、
    前記移動体を回転案内するボルトと、 前記ボルトと係合することで、前記振動体と前記支持板
    を結合するナットと、 前記ボルトと係合することで、前記移動体を前記振動体
    に加圧接触させるばね部材を押圧するナットと、 前記圧電素子および前記振動体に振動波を発生させるた
    めの高周波電圧を発生する振動波発生回路とから構成さ
    れることを特徴とする超音波モータ。
  5. 【請求項5】 圧電素子の伸縮運動を利用して、第一の
    振動体および第二の振動体の周方向に屈曲振動波を発生
    させることにより、前記第一の振動体に移動体を摩擦駆
    動させる超音波モータにおいて、 前記第一の振動体に加圧接触されるように配置された前
    記移動体と、 前記第一の振動体と前記第二の振動体の間に配置され、
    前記第一の振動体と前記移動体との間に働く接触圧方向
    に分極されるとともに、周方向に対して分極方向が異な
    る複数の分極領域を有する円板もしくは円環形状の圧電
    素子と、 前記振動体と前記支持板の中心部を貫通するとともに、
    前記移動体を回転案内するボルトと、 前記ボルトと係合することで、前記振動体と前記支持板
    を結合するナットと、 前記ボルトと係合することで、前記移動体を前記振動体
    に加圧接触させるばね部材を押圧するナットと、 前記圧電素子および前記振動体に振動波を発生させるた
    めの高周波電圧を発生する振動波発生回路とから構成さ
    れることを特徴とする超音波モータ。
  6. 【請求項6】 請求項1から請求項5のいずれかの超音
    波モータにおいて、 移動体に取り付けた出力軸と、 前記出力軸からの出力トルクを伝達するための動力伝達
    手段と、 前記動力伝達手段と動作可能な機構とを有する超音波モ
    ータ付き電子機器。
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