JPH05122955A - 圧電駆動モータ - Google Patents
圧電駆動モータInfo
- Publication number
- JPH05122955A JPH05122955A JP3281761A JP28176191A JPH05122955A JP H05122955 A JPH05122955 A JP H05122955A JP 3281761 A JP3281761 A JP 3281761A JP 28176191 A JP28176191 A JP 28176191A JP H05122955 A JPH05122955 A JP H05122955A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piezoelectric
- piezoelectric element
- drive motor
- elastic
- voltage
- 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.)
- Pending
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- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】定在波タイプの圧電駆動モータを小型化し正逆
駆動方向の制御を容易にする。 【構成】本発明の圧電駆動モータは、一端を固定し対向
配置した一対の圧電素子２ａ，２ｂの可動端の間に弾性
振動体１を固定し、各圧電素子２ａ，２ｂに位相を９０
°ずらせて電圧を印加したときの弾性振動体１の変形に
より、弾性振動体１に２次モードの定在波振動を発生さ
せ、同時に弾性振動体１は重心の移動を生じ、弾性振動
体上の特定点が楕円運動するので、この点に接触する移
動体５を駆動させることが可能となる。各圧電素子２
ａ，２ｂに印加する電圧位相をπ／２または−π／２ず
らせることにより、移動体５の駆動方向を正逆いずれに
も制御することができる。
駆動方向の制御を容易にする。 【構成】本発明の圧電駆動モータは、一端を固定し対向
配置した一対の圧電素子２ａ，２ｂの可動端の間に弾性
振動体１を固定し、各圧電素子２ａ，２ｂに位相を９０
°ずらせて電圧を印加したときの弾性振動体１の変形に
より、弾性振動体１に２次モードの定在波振動を発生さ
せ、同時に弾性振動体１は重心の移動を生じ、弾性振動
体上の特定点が楕円運動するので、この点に接触する移
動体５を駆動させることが可能となる。各圧電素子２
ａ，２ｂに印加する電圧位相をπ／２または−π／２ず
らせることにより、移動体５の駆動方向を正逆いずれに
も制御することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は圧電素子を用いて機械的
な駆動力を取り出す圧電駆動モータに関する。
な駆動力を取り出す圧電駆動モータに関する。
【０００２】
【従来の技術】並進駆動または回転駆動源として、従来
電磁式モータが広く知られている。しかし、電磁式モー
タは電磁ノイズの発生などの固有の問題があり、また微
小な形状にすると効率が低下するという欠点を持ってい
る。これに対して、近年圧電セラミックスの振動エネル
ギーを並進運動または回転運動のエネルギーに変換する
装置として、超音波モータが種々考案され注目されてい
る。この超音波モータは電磁ノイズを発生することな
く、低速で高いトルクを実現することができ、しかも小
型化が容易であるから、電磁式モータの欠点を補う用途
への適用が検討されている。
電磁式モータが広く知られている。しかし、電磁式モー
タは電磁ノイズの発生などの固有の問題があり、また微
小な形状にすると効率が低下するという欠点を持ってい
る。これに対して、近年圧電セラミックスの振動エネル
ギーを並進運動または回転運動のエネルギーに変換する
装置として、超音波モータが種々考案され注目されてい
る。この超音波モータは電磁ノイズを発生することな
く、低速で高いトルクを実現することができ、しかも小
型化が容易であるから、電磁式モータの欠点を補う用途
への適用が検討されている。
【０００３】ところで、超音波モータには進行波タイプ
と定在波タイプとがある。進行波タイプの超音波モータ
は耐磨耗性に対しては優れているが、弾性振動体の寸法
精度や、圧電素子の組立位置精度を厳しく定めねばなら
ないので、小型化の点で問題が多い。一方、定在波タイ
プの超音波モータは耐磨耗性に対して問題はあるもの
の、組立部材が少ないので、小型化して小さい負荷範囲
で使用するには最適である。
と定在波タイプとがある。進行波タイプの超音波モータ
は耐磨耗性に対しては優れているが、弾性振動体の寸法
精度や、圧電素子の組立位置精度を厳しく定めねばなら
ないので、小型化の点で問題が多い。一方、定在波タイ
プの超音波モータは耐磨耗性に対して問題はあるもの
の、組立部材が少ないので、小型化して小さい負荷範囲
で使用するには最適である。
【０００４】図３は定在波タイプの超音波モータの作動
原理を説明するための模式図である。図３において、一
端を固定した圧電素子６に、高周波電源７により高周波
電圧を印加すると、圧電素子６の可動端に取り付けてあ
る接触子８には、入力電圧に応じて矢印９の方向に振動
が生ずる。このとき接触子８の自由端は、回転子１０の
表面に接触しているので、接触子８には回転子１０の回
転方向の振動と、圧電素子６の伸縮方向（矢印９）の振
動が合成された定在波が発生し、その結果、回転子１０
は一定方向に回転する。
原理を説明するための模式図である。図３において、一
端を固定した圧電素子６に、高周波電源７により高周波
電圧を印加すると、圧電素子６の可動端に取り付けてあ
る接触子８には、入力電圧に応じて矢印９の方向に振動
が生ずる。このとき接触子８の自由端は、回転子１０の
表面に接触しているので、接触子８には回転子１０の回
転方向の振動と、圧電素子６の伸縮方向（矢印９）の振
動が合成された定在波が発生し、その結果、回転子１０
は一定方向に回転する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな定在波タイプの超音波モータは、正逆の回転方向の
制御が困難であり、その改良が必要である。本発明はこ
の点を解決するためになされたものであり、その目的は
正逆の回転方向を容易に制御することができ、しかも小
型化の可能な定在波タイプの圧電駆動モータを提供する
ことにある。
うな定在波タイプの超音波モータは、正逆の回転方向の
制御が困難であり、その改良が必要である。本発明はこ
の点を解決するためになされたものであり、その目的は
正逆の回転方向を容易に制御することができ、しかも小
型化の可能な定在波タイプの圧電駆動モータを提供する
ことにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明の圧電駆動モータは、一端を固定し対向配
置した一対の圧電素子の可動端の間に弾性振動体を固定
し、各圧電素子に位相を９０°ずらせて電圧を印加した
ときの弾性振動体の変形により、この弾性振動体に接触
する移動体を駆動させるようにしたものである。
めに、本発明の圧電駆動モータは、一端を固定し対向配
置した一対の圧電素子の可動端の間に弾性振動体を固定
し、各圧電素子に位相を９０°ずらせて電圧を印加した
ときの弾性振動体の変形により、この弾性振動体に接触
する移動体を駆動させるようにしたものである。
【０００７】
【作用】本発明の圧電駆動モータは、上記のように構成
することにより、弾性振動体に２次モードの定在波振動
を発生させると同時に、弾性振動体は重心の移動を生
じ、弾性振動体上の特定点が楕円運動するので、この点
に接触する移動体を駆動することができる。各圧電素子
に印加する電圧位相をπ／２または−π／２ずらせるこ
とにより、移動体の駆動方向を正逆いずれにも制御する
ことが可能である。
することにより、弾性振動体に２次モードの定在波振動
を発生させると同時に、弾性振動体は重心の移動を生
じ、弾性振動体上の特定点が楕円運動するので、この点
に接触する移動体を駆動することができる。各圧電素子
に印加する電圧位相をπ／２または−π／２ずらせるこ
とにより、移動体の駆動方向を正逆いずれにも制御する
ことが可能である。
【０００８】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づき説明す
る。図１（ａ）〜（ｄ）は本発明の圧電駆動モータの作
動原理を説明するための模式図である。図１（ａ）は電
圧印加前の初期状態を表す。弾性振動体１と同一中心線
上にある二つの圧電素子２ａと２ｂをそれぞれ一端で弾
性振動体１を挟むように接触させて配置し、圧電素子２
ａ，２ｂの他端はいずれも固定してある。弾性振動体１
の中心を通り、上記の中心線と垂直に交わる直線と弾性
振動体１との二つの交点をＰ0とする。
る。図１（ａ）〜（ｄ）は本発明の圧電駆動モータの作
動原理を説明するための模式図である。図１（ａ）は電
圧印加前の初期状態を表す。弾性振動体１と同一中心線
上にある二つの圧電素子２ａと２ｂをそれぞれ一端で弾
性振動体１を挟むように接触させて配置し、圧電素子２
ａ，２ｂの他端はいずれも固定してある。弾性振動体１
の中心を通り、上記の中心線と垂直に交わる直線と弾性
振動体１との二つの交点をＰ0とする。
【０００９】ここで圧電素子２ｂの方に電圧Ｖを印加し
た状態が図１（ｂ）である。電圧印加は電源３と、９０
°位相調整器４を用いて行なうが、これらは便宜上、図
１（ｄ）にのみ図示し図１（ａ）〜（ｃ）には省略して
ある。圧電素子２ｂに電圧Ｖを印加すると、弾性振動体
１は変形して重心が移動するとともに、弾性振動体１上
の点Ｐ0 は点Ｐ1 に移動する。
た状態が図１（ｂ）である。電圧印加は電源３と、９０
°位相調整器４を用いて行なうが、これらは便宜上、図
１（ｄ）にのみ図示し図１（ａ）〜（ｃ）には省略して
ある。圧電素子２ｂに電圧Ｖを印加すると、弾性振動体
１は変形して重心が移動するとともに、弾性振動体１上
の点Ｐ0 は点Ｐ1 に移動する。
【００１０】次に、このまま圧電素子２ａに電圧Ｖを印
加すると、図１（ｃ）のように弾性振動体１はさらに変
形し、重心は元に戻り点Ｐ1 は点Ｐ2 に移動する。
加すると、図１（ｃ）のように弾性振動体１はさらに変
形し、重心は元に戻り点Ｐ1 は点Ｐ2 に移動する。
【００１１】次いで圧電素子２ｂに印加していた電圧Ｖ
を０にすると、弾性振動体１は再び変形して重心は反対
側に移行し、図１（ｄ）のように点Ｐ2 は点Ｐ3 に移動
する。続いて圧電素子２ａに印加していた電圧Ｖを０に
すると、弾性振動体１は再びさらに変形し、図１（ａ）
の状態に戻る。
を０にすると、弾性振動体１は再び変形して重心は反対
側に移行し、図１（ｄ）のように点Ｐ2 は点Ｐ3 に移動
する。続いて圧電素子２ａに印加していた電圧Ｖを０に
すると、弾性振動体１は再びさらに変形し、図１（ａ）
の状態に戻る。
【００１２】図１（ａ）〜（ｄ）の状態を繰り返し行な
うことにより、弾性振動体１の点Ｐ 0 は楕円運動し、高
速で駆動することにより、この点Ｐ0 に接触している移
動体５は楕円運動の方向に移動することになる。なお、
この移動体５についても、便宜上、図１（ｄ）にのみ図
示し図１（ａ）〜（ｃ）には省略してある。弾性振動体
１が２次モードの定在波振動を行なっているときが最も
効率よく駆動される。
うことにより、弾性振動体１の点Ｐ 0 は楕円運動し、高
速で駆動することにより、この点Ｐ0 に接触している移
動体５は楕円運動の方向に移動することになる。なお、
この移動体５についても、便宜上、図１（ｄ）にのみ図
示し図１（ａ）〜（ｃ）には省略してある。弾性振動体
１が２次モードの定在波振動を行なっているときが最も
効率よく駆動される。
【００１３】図２は各圧電素子２ａと２ｂに印加する電
圧波形図であり、上段が圧電素子２ａを表わし下段が圧
電素子２ｂを表わしているが、時系列に対応する図１の
各過程（ａ）〜（ｄ）を併記してある。図２からわかる
ように、電圧波形は圧電素子２ａと２ｂで位相がπ／２
ずれた矩形波である。移動体５を逆方向に移動させると
きは、印加電圧の位相を−π／２ずらすことにより可能
となる。
圧波形図であり、上段が圧電素子２ａを表わし下段が圧
電素子２ｂを表わしているが、時系列に対応する図１の
各過程（ａ）〜（ｄ）を併記してある。図２からわかる
ように、電圧波形は圧電素子２ａと２ｂで位相がπ／２
ずれた矩形波である。移動体５を逆方向に移動させると
きは、印加電圧の位相を−π／２ずらすことにより可能
となる。
【００１４】圧電素子２ａ，２ｂの駆動は、圧電縦効果
による振動と、圧電横効果による振動のいずれを採用し
てもよく、また、振幅を大きくとるために積層型圧電素
子を用いてもよい。弾性振動体１は、例えば直径５〜１
０mm，肉厚１mm程度のリング状とするのがよいが、楕円
形やその他の形状のものを用いても同様の効果を得るこ
とができる。弾性振動体１の磨耗については、弾性振動
体１に適切な材料を選び、移動体５の硬さより弾性振動
体１の硬さを大きくすることにより、対処することがで
きる。以上のように構成した本発明の圧電駆動モータ
は、構造が非常にシンプルであるから、小型化も容易で
ある。
による振動と、圧電横効果による振動のいずれを採用し
てもよく、また、振幅を大きくとるために積層型圧電素
子を用いてもよい。弾性振動体１は、例えば直径５〜１
０mm，肉厚１mm程度のリング状とするのがよいが、楕円
形やその他の形状のものを用いても同様の効果を得るこ
とができる。弾性振動体１の磨耗については、弾性振動
体１に適切な材料を選び、移動体５の硬さより弾性振動
体１の硬さを大きくすることにより、対処することがで
きる。以上のように構成した本発明の圧電駆動モータ
は、構造が非常にシンプルであるから、小型化も容易で
ある。
【００１５】
【発明の効果】本発明の圧電駆動モータは、これまで述
べてきたように、一端を固定し対向配置した一対の圧電
素子と、各圧電素子の可動端の間に固定した弾性振動体
とを主体として構成したために、弾性振動体に２次モー
ドの定在波振動を発生させ、同時に弾性振動体は重心の
移動を生じ、弾性振動体上の特定点が楕円運動するの
で、この点に接触する移動体を駆動することが可能とな
る。そして移動体の正逆の駆動方向の制御は、各圧電素
子の印加電圧の位相をπ／２または−π／２ずらせるこ
とにより行なうことができる。さらに本発明の圧電駆動
モータは、簡単な構造であるから小型化が容易である。
べてきたように、一端を固定し対向配置した一対の圧電
素子と、各圧電素子の可動端の間に固定した弾性振動体
とを主体として構成したために、弾性振動体に２次モー
ドの定在波振動を発生させ、同時に弾性振動体は重心の
移動を生じ、弾性振動体上の特定点が楕円運動するの
で、この点に接触する移動体を駆動することが可能とな
る。そして移動体の正逆の駆動方向の制御は、各圧電素
子の印加電圧の位相をπ／２または−π／２ずらせるこ
とにより行なうことができる。さらに本発明の圧電駆動
モータは、簡単な構造であるから小型化が容易である。
【図１】（ａ）〜（ｄ）は本発明の圧電駆動モータの作
動原理を説明するための模式図
動原理を説明するための模式図
【図２】圧電素子に印加する電圧波形図
【図３】定在波タイプの超音波モータの作動原理を説明
するための模式図
するための模式図
１ 弾性振動体 ２ａ 圧電素子 ２ｂ 圧電素子 ３ 電源 ４ ９０°位相調整器 ５ 移動体 ６ 圧電素子 ７ 高周波電源 ８ 接触子 １０ 回転子
Claims (5)
- 【請求項１】それぞれ一端を固定し対向配置した一対の
圧電素子と、これら各圧電素子の可動端の間に固定され
て前記各圧電素子の伸縮によって変形し接触する移動体
を駆動させる弾性振動体と、前記各圧電素子に電圧を印
加する電源と、この印加電圧の位相を９０°ずらす位相
調整器とを備えたことを特徴とする圧電駆動モータ。 - 【請求項２】請求項１記載の圧電駆動モータにおいて、
弾性振動体がリング状であることを特徴とする圧電駆動
モータ。 - 【請求項３】請求項１または２記載の圧電駆動モータに
おいて、各圧電素子は、圧電縦効果により伸縮歪みを発
生することを特徴とする圧電駆動モータ。 - 【請求項４】請求項１または２記載の圧電駆動モータに
おいて、各圧電素子は、圧電横効果により伸縮歪みを発
生することを特徴とする圧電駆動モータ。 - 【請求項５】請求項１ないし４記載の圧電駆動モータに
おいて、各圧電素子は、積層型であることを特徴とする
圧電駆動モータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3281761A JPH05122955A (ja) | 1991-10-29 | 1991-10-29 | 圧電駆動モータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3281761A JPH05122955A (ja) | 1991-10-29 | 1991-10-29 | 圧電駆動モータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05122955A true JPH05122955A (ja) | 1993-05-18 |
Family
ID=17643609
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3281761A Pending JPH05122955A (ja) | 1991-10-29 | 1991-10-29 | 圧電駆動モータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05122955A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6885615B1 (en) | 1998-12-21 | 2005-04-26 | Seiko Epson Corporation | Piezoelectric actuator, time piece, and portable device |
-
1991
- 1991-10-29 JP JP3281761A patent/JPH05122955A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6885615B1 (en) | 1998-12-21 | 2005-04-26 | Seiko Epson Corporation | Piezoelectric actuator, time piece, and portable device |
| US7078847B2 (en) | 1998-12-21 | 2006-07-18 | Seiko Epson Corporation | Piezoelectric actuator, timepiece, and portable device |
| US7253552B2 (en) | 1998-12-21 | 2007-08-07 | Seiko Epson Corporation | Piezoelectric actuator, timepiece, and portable device |
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