JPH03124277A - 超音波モータ - Google Patents

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、圧電体を用いて駆動力を発生するモータに関
するものである。

［従来技術］ 近年各種の超音波モータが提案されており、部では実用
化も図られている。超音波モータは従来の電磁モータに
比べ、主に以下の特徴を有している。

１）巻線が不要であり、構造が簡単であるため小型、軽
量化が可能である。

２）高エネルギ変換効率が得られ、例えばＤＣモータに
比べ出力／体積比、出力／重量比は１０倍以上である。

３）摩擦力を利用しているので、応答性、位置制御性に
優れている。

４）磁気、電磁ノイズを発生しない。

その結果、多くの分野で駆動源としての応用が考えられ
ている。

上述の超音波モータとしては、特開昭６０−９１８７８
号、特開昭６０−１．７４０７８号公報等に提案されて
いるものがある。これらは、複数の圧電体の位置と振動
の位相をずらして共振駆動する事により、弾性体に進行
波を励振し、該進行波の頂点に接する摺動子を所定方向
に駆動するものである。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述の超音波モータにおいては、弾性体
に圧電体の電極面を着設して超音波振動子を構成してい
たので、応力の最も集中する部分に電極が配置されるこ
ととなり、弾性体と電極及び電極と圧電体との間で剥離
が生じやすく、機械的強度に問題があった。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたもの
であり、超音波モータに用いる超音波振動子において、
弾性体と圧電体を直接に着設する事を可能とすることに
より、該超音波モータの大出力化を可能とする事をその
目的としている。

［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、弾
性体を備え、交流電気信号が印加されることにより超音
波振動が発生する圧電体が前記弾性体に着設され、該圧
電体を駆動することで所定の振動部位に略楕円振動が励
振される超音波振動子を備えた超音波モータにおいて、
前記圧電体か圧電セラミック層とＰＴＣサーミスタ材料
から成る内部電極とを交互に複数枚積層して構成され、
かつ前記、圧電セラミック層の分極方向がその厚み方向
に対して垂直であるという構成をとっている。

［作用］ 上記の構成を有する本発明の超音波モータにおいては、
超音波振動子の圧電体に交流電気信号を印加すると、そ
の所定の部位に微小振幅の略楕円振動が励振される。そ
して、被駆動体である摺動体を所定圧力において該振動
部位に圧着すると、その摩擦力を受け、該摺動子が駆動
される。

この時、前記圧電体は分極方向と電圧印加方向が異なっ
ているので、弾性体と圧電体とを直接着設することがで
きるものである。

［実施例］ 以下、本発明を具体化した一実施例を図面を参照して説
明する。

本発明に用いる電圧体は、以下に示すものを用いる。ま
ず、第１図及び第２図を参照しつつその製造方法を説明
する。

焼結体１０は、チタン酸ジルコン酸鉛系の圧電セラミッ
ク材料よりなる圧電セラミック層１１およびチタン酸バ
リウム系の内部電極用ＰＴＣサーミスタ材料からなる内
部電極層１２をドクターブレード方式により交互に積層
、加熱圧着した後、所定の寸法形状に切断し、該積層体
を焼結することにより得られる。その外観を第１図に示
す。この時、前記圧電セラミック層１１の自発分極の方
向は全くランダムとなっている。次に第２図に示すよう
に、該焼結体］０の厚み方向に対して垂直方向に電界を
印加するため、該焼結体１０の側面に分極用電極２１を
形成する。

前記内部電極層１２のキュリー温度以上、すなわち絶縁
体となる温度以上の高温でありかつ前記圧電セラミック
層１１のキュリー温度以下、すなわち強誘電性を示す温
度において、オイル槽２２中のシリコンオイルなどより
なる絶縁オイル２３中で前記分極用電極２１を介して分
極電源２４により電解が印加されたとき、前記圧電セラ
ミック層］１の分極方向Ａはその厚み方向に対して垂直
方向にそろえられる。この後、前記分極用電極２１を取
り除き第３図に示す圧電体３０が得られる。

この内部電極層１２は前記チタン酸バリウム系ＰＴＣサ
ーミスタ月料のキュリー温度以下では導電性を示し、駆
動用電極として用いられる。

上述のように構成された圧電体３０は、分極方向がその
厚み方向に対して垂直であるので、内部電極１２に電源
３１によりバイアス電圧が印加されると、第４図に示す
ような厚みすべり効果による変位を生ずる。また、前記
圧電セラミック層１１と前記内部電極層１２は一体焼結
されているので、その接合強度は従来のスクリーン印刷
による電極の塗布に比べ桁違いに大きい。

以上のように構成された圧電体３０を好適に利用した超
音波モータについて第５図及び第６図を参照しつつ以下
に説明する。同図において、第１図乃至第４図と同じ符
号の何された各部材は、前記詳述した各構成部材と同一
である。ただし、前記圧電セラミック層１］は単に圧電
セラミック１１、内部電極層１２は単に電極１２と呼ぶ
。

円環形状の第１圧電体３０ａは例えば４５°毎の領域に
分割された８個の電極１２ａが設けられている。該電極
１２ａは、圧電セラミックｌｌａに対してわずかに薄く
形成されている。また、円環形状の第２圧電体３０ｂも
第１圧電体３０ａと同様の構造で構成されている。そし
て、該両正電体３０ａ及び３０ｂの位置関係は、第１圧
電体３Ｑａの各圧電セラミックｌｌａの中央近傍に、第
２圧電体３０ｂの各電極１２ｂがくるように重ね合わさ
れている。以上のように構成された第１圧電体３０ａ及
び第２圧電体３０ｂは、弾性体４１に対し重ね合わせて
着設され、超音波振動子４０を構成している。

上述の超音波振動子４０に交流電源４２ａ及び４２ｂを
第４図示すように接続し、所定周波数の交流電圧を印加
すると、前記第１圧電体３０ａ及び第２圧電体３０ｂは
互いに振動位相の９０°ずれた定在波が励振される。こ
のとき、交流電源４２ａ及び４２ｂの電圧位相を時間的
に９００ずらすと、前記２つの定在波を合成した波すな
わち前記弾性体４１に励振される波は時間と共に進む進
行波となる。

以上のように構成された超音波振動子４０を好適に利用
した超音波モータ５０を第６図に示す。

超音波モータ５０は、前記超音波振動子４０がゴム板５
１をはさんでヨーク５２内に着設されている。該超音波
振動子４０上には可動子５３がコイルバネ５４により圧
着されている。該可動子５３はローラベアリング５５に
よりヨーク５２で支持されている。

上述の超音波モータ５０では、前記弾性体４１表面のあ
る一点では進行波の進む方向とは逆回りの楕円軌跡を画
く。よって、該弾性体４１に可動子５３を乗せると、こ
の楕円振動の力によって、進行波の進む方向とは逆方向
に回転される。この進行波の回転方向を切り換える事に
より、該可動子５３の回転方向を反転することも可能で
ある。

以上に述べたように、本発明の超音波モータに用いる超
音波振動子においては、弾性体と圧電体とを直接接合す
ることが可能となる。また、圧電体と電極との接合強度
も大きい。その結果、超音波モータの大出力化が実現で
き、優れた超音波モータが得られる。尚、上記実施例で
は進行波型超音波モータを例にとり説明したが、これに
限定されるものではなく、定在波型モータや積層形圧電
アクチュエータ等、種々の超音波モータへの適用が考え
られる。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が
可能である。

［発明の効果コ 以上詳述したことから明らかなように、本発明によれば
、弾性体と圧電体及び圧電体と給電電極との接合強度を
大幅に向上できる超音波振動子が実現でき、その結果大
出力化が可能な優れた超音波モータを得ることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図から第６図までは本発明を具体化した実施例を示
すもので、第１図は、本発明に用いる焼結体の外観を示
す図、第２図は上記焼結体の分極方法の説明図、第３図
は、本発明に用いる圧電体の外観を示す図、第４図は、
上記圧電体の動作説明図、第５図は、本発明を適用する
超音波振動子の分解斜視図、第６図は、本発明を適用す
る超音波モータの断面図である。 図中、１１は圧電セラミック層、１２は内部電極層、３
０は圧電体、４０は超音波振動子、４１は弾性体、５０
は超音波モータである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、弾性体（４１）を備え、 交流電気信号が印加されることにより超音波振動を前記
   弾性体（４１）に励振する圧電体（３０）が前記弾性体
   （４１）に着設され、該圧電体（３０）を駆動すること
   で所定の振動部位に略楕円振動が励振される超音波振動
   子（４０）を備えた超音波モータにおいて、前記圧電体
   が圧電セラミック層（１１）と、ＰＴＣサーミスタ材料
   から成る内部電極層（１２）を交互に複数枚積層して構
   成され、 かつ前記、圧電セラミック層（１１）の分極方向がその
   厚み方向に対して垂直であることを特徴とする超音波モ
   ータ。 ２、請求項１記載の超音波モータにおいて、前記弾性体
   （４１）と前記圧電体（３０）との着設面に給電用電極
   を含まない事を特徴とする超音波モータ。