JPH03103081A

JPH03103081A - 超音波モータ

Info

Publication number: JPH03103081A
Application number: JP1239499A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Imabayashi; 浩之今林; Takenao Fujimura; 毅直藤村; Mikio Watanabe; 幹夫渡辺; Yukihiko Sawada; 之彦沢田
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1989-09-14
Filing date: 1989-09-14
Publication date: 1991-04-30
Anticipated expiration: 2010-01-11
Also published as: JPH072031B2

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。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、縦振動を発生する圧電素子を利用して振動片
に楕円運動を発生させ、これにより回転子を回転させる
定在波型の超音波モータに関する。

〔従来の技術〕

従来、超音波モータは、例えば特開昭５９＝２０４４７
７号公報に開示とれるように、振動によって生しるモニ
ター電圧により入力電源の最適周波数を決定していた。

この方法は、圧電素子スペースの余り部分を利用するも
のである。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の超音波モータにおいては、進行波による駆動とい
う原理上、圧電素子パターンを位置的に位相を１／４λ
ずらして配置することが必要であるため、駆動面に圧電
素子が配置されない余りスペースが必ず発生し、この部
分を圧電素子のモニターとして利用できる．しかし、ランジュバン振動子を応用したような定在波型
の超音波モータにあっては、圧電素子に余りスペースが
無いので、上記のような方法を利用することは不可能で
あった．本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので
、周波数を追尾可能とするために、例えば振動受信用圧
電素子を振動伝達部（共振器）に接触させることとし、
共振状態での信号を得られるようにした超音波モータを
提供することを目的とする．〔！Ｉ題を解決するための手段〕上記目的を達成するために、本発明は、縦振動を発生す
る圧電素子と、この圧電素子に電圧を印加する電極と、
縦振動を伝達する共振器と、縦振動を楕円運動に変換す
る振動片と、その楕円運動により回転する回転子と、こ
れら各構成部材を締結する固定ボルトとを具備した定在
波型の超音波モータにおいて、前記圧電素子の一部を振
動受信用圧電素子として駆動用圧電素子と振動受信用圧
電素子とに分割形成し、その圧電素子の正極側電極の一
部を前記振動受信用圧電素子と同形状の受信用電極とし
て駆動用電極と受信用電極とに分割形成するとともに、
振動受信用圧電素子と駆動用圧電素子との間および受信
用電極と駆動用電極との間をそれぞれ絶縁した．また、振動受信用圧電素子の面積は、！！ｌ造上の問題
と駆動効率上の問題等からして、当該圧電素子を含めた
駆動用圧電　素子の面積の１５％以下が好ましい。特に
、４〜１２．５％程度が最適である。

さらに、前記振動受信用圧電素子と駆動用圧電素子との
間および受信用電極と駆動用電極との間の絶縁は、セラ
ミックスまたは複合樹脂からなる絶縁部材を介在させて
絶縁するとよい。

また、本発明は、縦振動を発生する圧電素子と、この圧
電素子に電圧を印加する電極と、縦振動を伝達する共振
器と、縦振動を楕円運動に変換する振動片と、その楕円
運動により回転する回転子と、これら各構成部材を締結
する固定ボルトとを具備した定在波型の超音波モータに
おいて、振動受信用圧雷素子を円環形状に形成するとと
もに、この振動受信用圧電素子を駆動用圧電素子と共振
器との間に設け、振動受信用圧電素子に隣接した受信用
電極と共振器のと間をセラミックスまたは複合樹脂から
なる絶縁部材により絶縁した。

さらに、本発明は、縦振動を発生する圧電素子と、この
圧電素子に電圧を印加する電極と、縦振動を伝達する共
振器と、縦振動を楕円運動に変換する振動片と、その楕
円運動により回転する回転子と、これら各構成部材を締
結する固定ボルトとを具備した定在波型の超音波モータ
において、振動受信用圧電素子を円環形状に形成すると
ともに、この振動受信用圧電素子を前記固定ボルトの頭
部と共振器との間に設け、振動受信用圧電素子に隣接し
た受信用電極と固定ボルトの頭部との間をセラミックス
または複合樹脂からなるｗ！！縁部材により絶縁した。

第１図に本発明にかかる超音波モータの一例の概念図を
示す。

第１図において、１で示すのは共振器であり、この共振
器１上には、順次、負電極板２、駆動用圧電素子３、駆
動用正電極仮４、絶縁部材５、駆動用正電極ｖｉ．４、
駆動用圧電素子３、負Ｔｉ極仮２、共振器１、振動片６
および回転子７がそれぞれ積層されている。これら各構
戒部材は、仮想線で示す固定ボルトにより締め付け固定
されている。すなわち、駆動用圧電素子３は、２枚の負
電極仮２に挾まれており、各駆動用圧電素子３は正極側
が対向するように配置されている。

また、上側の駆動用圧電素子３の一部には、その一部を
含めた円環状の駆動用圧電素子３の面積の１５％以下の
面積を有する振動受信用圧電素子９が設けられている．
さらに、この振動受信用圧電素子９の正極側にある駆動
用正電極板４の一部には、振動受信用圧電素子９と同形
状の受信用正電Ｎ　板１０が設けられている．そして、
振動受信用圧電素子９と駆動用圧電素子３との間および
受信用正電極仮１０と駆動用圧電素子ｖｉ．４との間に
は、それぞれ絶縁部材５が介装されており、絶縁が施さ
れている。

〔作用〕

第ｌ図に示す本発明の超音波モータにおいて、各構戒部
材は固定ボルト８により締め付けられ、圧縮されている
．このため、駆動用圧電素子３および振動受信用圧電素
子９は、圧縮され、厚みがわずかに縮小された状態で保
持されており、常に他の横或部材と密着されている．し
たがって、駆動用圧電素子３に電圧が印加されると、駆
動用圧電素子３は軸方向に膨張収縮を繰り返し、駆動用
圧電素子９に加わっていた圧縮加重が緩和されたり、復
帰されたりする．これにより、駆動用圧電素子３からの
振動と共振器１からの反射波との合戒振動を検出し、振
動に呼応した電圧を発生し、受信用正電極板１０により
外部へ出力する．ここで、絶縁部材５をセラミックスま
たは複合樹脂により形成すれば、これらは振動を疎外し
にくい材質であるので、振動片６に発生する楕円運動に
影響を与えにくい。

以上のように、本発明の超音波モータによれば、振動受
信用圧電素子９により出力される信号によって、駆動周
波数をＲｉ！！ｉ周波数に常時設定でき、回転子７を安
定して回転させることができる。

特に、振動受信用圧電素子を振動伝達部（共振器）に接
触させ、他の構戒部材間に挟んで構威した超音波モータ
では、第１図に示す超音波モータに比べて、縦振動を発
生する面積を減少させないため、強い縦振動を維持する
ことができ、回転に影響を与えにくい。

（実施例）（第１実施例）本実施例の超音波モータは、第２図に示すようなもので
、共振器１上の各構戒部材の積Ｆ！順序は第１図に示す
ものと同様であるので、第１図と同符号をもって示し、
説明は省略する。

駆動用圧電素子３は２枚で構威されており、方（本実施
例においては上側）の駆動用圧電素子３の一部は扇状に
切り欠かれ、そこにはその切り欠き形状とほぼ同形状の
振動受信用圧電素子９が設けられている．この振動受信
用圧電素子９の面積は、切り欠きを設ける前の駆動用圧
電素子３の面積のｌ５％以下に形成されている．また、
振動受信用圧電素子９と駆動用圧電素子３との間隙は、
０．３　ｍ以下であり、この間隙にはアクリル樹脂から
なる絶縁部材５が充填されている。

一方、振動受信用圧電素子９を設けた駆動用圧電素子３
の正極側にある駆動用正電極板４にも、振動受信用圧電
素子９に対向して切り欠きが設けられ、この切り欠きに
は振動受信用圧電素子つと同形状の受信用電極板１０が
設けられている．また、受信用電極仮ＩＯと駆動用電極
仮４との間隙は０．５一以下であり、この間隙にはアク
リル樹脂からなる絶縁部材５が充填されている。

そして、受信用電極Ｆｉ１０を設けた駆動用′Ｓ極板４
と他の駆動用電極板４との間には、厚さ０．２恥の円環
状のセラミックス板からなる絶縁部材５が介在されてい
る。

かかる構戒の超音波モータにおいて、振動受信用圧電素
子９は、固定ボルト（図示省略）によって共振器ｒと下
側の駆動用圧電素子３との間に密着して形成されている
ので、駆動用圧電素子３により発生される縦振動によっ
て振動に呼応した電圧が発生する．ここに、アクリル樹
脂、セラミソクスからなる各絶縁部材５は、振動伝播速
度が比較的高いため、駆動用圧電素子３から発生する縦
振動を疎外しにくい。

本実施例によれば、振動受信用圧電素子９により発生す
る電圧により、最適な駆動周波数を判定することもでき
、周波数を追尾できる。なお、振動受信用圧電素子９に
より発生する電圧のピーク値および駆動電圧との位相差
により、駆動周波数を判定することは言うまでもない。

また駆動用圧電素子３の近くに設置することにより、敏
感に振動をとらえることができ、さらに、駆動用圧電素
子３の内部に組込むため、振動受信用圧電素子９を付加
しても大きさ、形状等に変化がない。

第３図（ａ）および（ｂ）は、それぞれ振動受信用圧電
素子９の別の配置例を示す．すなわち、両端面に恨電極
ＩＩが設けられた駆動用圧電素子３の正極側の恨電極１
１パターンの一部に溝１２を形成し、溝１２によって囲
まれた部分を振動受信用の恨電極パターンとして振動受
信用圧電素子９を形成したものである．この場合でも、
受信用Ｔｉ極板１０は振動受信用圧電素子９と同形状に
形成、配置される。その他のｔＪＩ戒は、第１実施例と
同様である。

第３図（ａ）および（財）に示すものでは、組み付けが
非常に容易でかつ品質が安定する利点がある。

（第２実施例）本実施例の超音波モータは、第４図に示すようなもので
、共振器１上には、順次、絶縁部材５、受信用ｉ極仮Ｉ
Ｏ、振動受信用圧電素子９、負電極仮２、駆動用圧電素
子３、駆動用電極ｖｉ４、駆動用圧電素子３、負電ｉ仮
２、共振器ｌおよび振動片６がそれぞれ積層されている
。

振動受信用圧電素子９は、円環形状に形成されており、
正極側の受信用電極板１０とともに、一方（本実施例で
は下側）の負電極板２と共振器１との間に配置されてい
る。また、受信用電極板１０と共振器１との間には、厚
さ０．２　ｍｍの円環状のセラミックス板からなる絶縁
部材５が介装されており、絶縁が施されている。さらに
、各構成部材は、図示を省略した固定ボルトにより締結
されている。

本実施例によれば、振動受信用圧電素子９は、駆動用圧
電素子３と同様に積層配置されているため、振動の状態
を敏感にとらえやすい。また、駆動用圧電素子３の一部
を切り欠かないため、縦振動を発生する面積を減少させ
ず、強い縦振動を維持し、高トルク、高回転を達威でき
る。

さらに、組み付けは積層するだけなので、非常に容易で
、特に超小型の超音波モータにおいて、振動受信用圧電
素子を設置する場合に有効である。

（第３実一施例）本実施例の超音波モータは、第５図に示すようなもので
、図示を省略した振動片から遠い方の共振器１に形成さ
れたボルトザグリ穴部１ａには、円環形状の振動受イ３
用圧電素子９が、固定ボルト８の頭部８ａに挟まれて設
けられている。振動受信用圧電素子９は、正極側が固定
ボルト８の頭部８ａへ対向するようにして設けられてい
る。そして、振動受信用圧電素子９と固定ポルト８の頭
部８ａとの間には、頭部８ａ側から順に、絶縁部材５、
受信用電極板１０が設けられている。絶縁部材５は、厚
さ０．２　ｍｍの円環状のセラミックス仮からなってい
る。

その他の構戒は、通常の定在波型の超音波モータと同様
である。

本実施例によれば、振動受信用圧電素子９は、縦振動幅
が増輻された共振器１の自由端部付近に設置されるため
、大きな振動が伝達され、振動受信用圧電素子９からは
高い電圧が検出できる。このため、微妙な振動状態を正
確にとらえることができ、振動変化に応じて高精度に周
波数を追尾することが可能である。

また、第２実施例と同様に、積Ｎ横戒するだけなので、
組み付け性が向上する。

さらに、第２実施例と同様に、駆動用圧電素子３の一部
を切り欠かないため、縦振動を発生する面積を減少させ
ない。また、振動受信用圧電素子９は、固定子の中心部
に設けられているため、共振器１の外周表面を伝播する
縦振動に影響を与えにくく、高トルク、高回転を維持可
能である。

（発明の効果〕以上のように、本発明の超音波モータによれば、周波数
を追尾可能にするために、振動受信用圧電素子を振動伝
達部（共振器）に接触させる等の構戒としているので、
共振状態での信号を検出可能である。また、振動受信用
圧電素子の設置位置を変更することで回転に変換される
縦振動に影響を与えにくくすることができる，さらに、
受信用電極板は振動を疎外しづらい絶縁部材を用いるこ
とによって、高トルク、高回転をそのまま維持でき、安
定した超音波モータとすることができる．

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の超音波モータを示す概略１＊＊図、第
２図は本発明の第１実施例の超音波モータを示す分解斜
視図、第３図（ａ）および（ロ）はそれぞれ第２図にお
ける要部の変形例を示す分解斜視図、第４図は本発明の
第２実施例の超音波モータを示す分解斜視図、第５図は
本発明の第３実施例の超音波モータを示す分解斜視図で
ある。１・・・共振器２・・・負電極板３・・・駆動用圧電素子４・・・駆動用正電極仮５・−・絶縁部材６・・・振動片７・・・回転子８・・・固定ボルト９・・・振動受信用圧電素子１０・・・受信用正ｉ極仮第１図第２図第４図第５Ｉ図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）縦振動を発生する圧電素子と、この圧電素子に電
圧を印加する電極と、縦振動を伝達する共振器と、縦振
動を楕円運動に変換する振動片と、その楕円運動により
回転する回転子と、これら各構成部材を締結する固定ボ
ルトとを具備した定在波型の超音波モータにおいて、前
記圧電素子の一部を振動受信用圧電素子として駆動用圧
電素子と振動受信用圧電素子とに分割形成し、その圧電
素子の正極側電極の一部を前記振動受信用圧電素子と同
形状の受信用電極として駆動用電極と受信用電極とに分
割形成するとともに、振動受信用圧電素子と駆動用圧電
素子との間および受信用電極と駆動用電極との間をそれ
ぞれ絶縁したことを特徴とする超音波モータ。
（２）前記振動受信用圧電素子の面積は当該圧電素子を
含めた駆動用圧電素子の面積の１５％以下であることを
特徴とする請求項１記載の超音波モータ。
（３）前記振動受信用圧電素子と駆動用圧電素子との間
および受信用電極と駆動用電極との間の絶縁はセラミッ
クスまたは複合樹脂からなる絶縁部材を介在させて絶縁
したことを特徴とする請求項１または２記載の超音波モ
ータ。
（４）縦振動を発生する圧電素子と、この圧電素子に電
圧を印加する電極と、縦振動を伝達する共振器と、縦振
動を楕円運動に変換する振動片と、その楕円運動により
回転する回転子と、これら各構成部材を締結する固定ボ
ルトとを具備した定在波型の超音波モータにおいて、振
動受信用圧電素子を円環形状に形成するとともに、この
振動受信用圧電素子を駆動用圧電素子と共振器との間に
設け、振動受信用圧電素子に隣接した受信用電極と共振
器との間をセラミックスまたは複合樹脂からなる絶縁部
材により絶縁したことを特徴とする超音波モータ。
（５）縦振動を発生する圧電素子と、この圧電素子に電
圧を印加する電極と、縦振動を伝達する共振器と、縦振
動を楕円運動に変換する振動片と、その楕円運動により
回転する回転子と、これら各構成部材を締結する固定ボ
ルトとを具備した定在波型の超音波モータにおいて、振
動受信用圧電素子を円環形状に形成するとともに、この
振動受信用圧電素子を前記固定ボルトの頭部と共振器と
の間に設け、振動受信用圧電素子に隣接した受信用電極
と固定ボルトの頭部との間をセラミックまたは複合樹脂
からなる絶縁部材により絶縁したことを特徴とする超音
波モータ。