JPH01129782A - 超音波モータ - Google Patents
超音波モータInfo
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- JPH01129782A JPH01129782A JP62284535A JP28453587A JPH01129782A JP H01129782 A JPH01129782 A JP H01129782A JP 62284535 A JP62284535 A JP 62284535A JP 28453587 A JP28453587 A JP 28453587A JP H01129782 A JPH01129782 A JP H01129782A
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- JP
- Japan
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- electrode
- ultrasonic motor
- wavelength
- small
- piezoelectric
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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)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
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。
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。
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。
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
磨耗性材料の摩擦材、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
磨耗性材料の摩擦材、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である。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波長く＝９０度）の位相差を作っている。
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である。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波長く＝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、それぞれ短絡して用いられる。
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、それぞれ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 Ｖ １−Ｖ ｏ ｘｓｉｎ（ωｔ） −−
−（１）Ｖ ２ ＝Ｖ ｏ ｘｃｏｓ（ωｔ’）
−一−（２）ただし、ｖＯ：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−ξｏ ｘ（ｃｏｓ（ωｔ）ｘｃｏｓ（ｋｘ）＋５ｉ
ｎ（ｃｔ＋ｔ）ｘｓｉｎ（ｋｘ））−ξｏｘｃｏｓ（ω
ｔ−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。
ＡおよびＢに Ｖ １−Ｖ ｏ ｘｓｉｎ（ωｔ） −−
−（１）Ｖ ２ ＝Ｖ ｏ ｘｃｏｓ（ωｔ’）
−一−（２）ただし、ｖＯ：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−ξｏ ｘ（ｃｏｓ（ωｔ）ｘｃｏｓ（ｋｘ）＋５ｉ
ｎ（ｃｔ＋ｔ）ｘｓｉｎ（ｋｘ））−ξｏｘｃｏｓ（ω
ｔ−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−ωｘ（１の速度で運動する様子を示している。
、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−ωｘ（１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。
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。
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。
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。
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。
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
振動体を構成する圧電体の第１面に、４分の１波長相当
の駆動電極群を構成し、第２面に上記第１面の電極群に
対応して２分の１波長相当あるいは４分の１波長相当の
駆動電極群を構成し、上記第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
ン構成し、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。
の駆動電極群を構成し、第２面に上記第１面の電極群に
対応して２分の１波長相当あるいは４分の１波長相当の
駆動電極群を構成し、上記第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
ン構成し、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。
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。
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！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。
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！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。
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、■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。
、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。
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。
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は耐磨耗性の摩擦材で
、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、撮動体１０を駆動することに
より回転軸１４のまわりを回転する。
振動体１０を構成している。１１は耐磨耗性の摩擦材で
、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、撮動体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撮動体の変位分
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。
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撮動体を構成す
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。
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
の興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。
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
の興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。
以上述べた実施例では、圧電体の第２面の小電極は２分
の１波長相当の電極構造を採用しているが、第１面の電
極群に対応して４分の１波長相当の駆動電極群を構成し
ても、分極関係を同様にすれば（例えば、第１図（ｂ）
の２分の１波長相当の駆動電極を２分割する。）、同様
の効果が得られる。
の１波長相当の電極構造を採用しているが、第１面の電
極群に対応して４分の１波長相当の駆動電極群を構成し
ても、分極関係を同様にすれば（例えば、第１図（ｂ）
の２分の１波長相当の駆動電極を２分割する。）、同様
の効果が得られる。
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超音波モータが実現でき
る。
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超音
波モータを提供できる。
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
に使用した曲げ撮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・・・・・・圧電
体、８゛・・・・・・弾性体、９・・・・・・圧電体、
１０・・・・・・振動体、１１・・・・・・摩擦材、１
２・・・・・・弾性体、１３・・・・・・移動体、１４
・・・・・・回転軸。 代理人の氏名 弁理士 中尾敏男 ほか１名第１図 ＜ａ） 第２図 第３図 第６図
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
に使用した曲げ撮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・・・・・・圧電
体、８゛・・・・・・弾性体、９・・・・・・圧電体、
１０・・・・・・振動体、１１・・・・・・摩擦材、１
２・・・・・・弾性体、１３・・・・・・移動体、１４
・・・・・・回転軸。 代理人の氏名 弁理士 中尾敏男 ほか１名第１図 ＜ａ） 第２図 第３図 第６図
Claims (1)
- 圧電体を交流電圧で駆動して、上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、上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、第１面に４分の１波長相当
の駆動電極群を構成し、第２面に上記第１面の電極群に
対応して２分の１波長相当あるいは４分の１波長相当の
駆動電極群を構成し、上記第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
ンを有する圧電体を用い、上記第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 true JPH01129782A (ja) | 1989-05-23 |
| JP2638856B2 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) |
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