JPH0548596U - 超音波モータ用の圧電振動板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 フィードバック電極を有する超音波モータ用
圧電振動板において、フィードバック電極のオープン状
態時に衝撃等が加わってもフィードバック電極部分の分
極を弱めないようにする。 【構成】 圧電振動板４９の圧電振動板素子１３は、分
極方向を交互に変えた第１の分極領域１５と、第１の分
極領域１５と間隔を置き分極方向を交互に変え第２の分
極領域１７を有する。圧電振動板素子１３は、第１及び
第２の分極領域１５、１７の間にも方向の異なる一対の
分極を有する第３の分極領域４１を有する。圧電振動板
素子１３は、その片面側において第１、第２及び第３の
分極領域１５、１７、４１に駆動電極１９、２１及びフ
ィードバック電極２３を有する。圧電振動板素子１３は
対向面において各分極領域毎の個別電極を有する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は超音波モータ用の圧電振動板に係り、特にセンサ電極を有する圧電振 動板の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】

超音波モータは、圧電セラミック板等の圧電振動板の超音波振動を駆動源にす るもので、低速時にも高いトルクが得られる利点があるうえ、巻線を必要としな いことから電磁型モータに比べて構造が簡単で小型化し易い。 そして、この超音波モータとしては、図７に示すように、中央の貫通孔にラジ アル型ベアリング１をはめた基台３にベアリング１を囲む環状の凹部５を形成し 、片端面側（図７中上側）に一体的に突出する凸環部７を有する金属製の円盤状 弾性体９をその基台３に固定し、この弾性体９の凸環部７に放射状方向の切込み （図示せず）を形成して凸環部７を周方向に多数分割し、弾性体９の他方の端 面（図７中下側）に凸環部７と重合う位置にリング板状の圧電振動板１１を貼付 けている。

【０００３】 この圧電振動板１１は、図８に示すように、圧電セラミック板からなる圧電振 動板素子１３に厚み方向の分極を交互に変えた円弧状の第１の分極領域１５を形 成し、厚み方向の分極を交互に変え第１の分極領域１５とλ／４ずれた円弧状の 第２の分極領域１７を形成し、圧電振動板素子１３の第１および第２の分極領域 １５、１７に駆動電極１９、２１を形成するとともに、駆動電極１９、２１の間 にはセンサ電極例えばフィードバック電極２３を有している。 図８中の圧電振動板素子１３に付された＋−の符号は圧電振動板素子１３にお ける分極方向を示している。以下同じである。

【０００４】 フィードバック電極２３部分にも圧電振動板素子１３に厚み方向の１個の分極 が施されているが、フィードバック電極２３と対角位置の駆動電極１９、２１間 には分極が施されていない。 圧電振動板素子１３の駆動電極１９、２１およびフィードバック電極２３には 、図７中の可撓性プリント基板２５またはリード線（図示せず）が接続されて外 部に導出されている。 なお、圧電振動板素子１３の他方の面には各分極領域毎に駆動電極としての個 別電極（図８では隠れる）が形成されており、それら個別電極は弾性体９を介し て共通して可撓性プリント基板２５に導出されている。

【０００５】 図７の基台３にはカップ状の金属製ケース２７が被せられ、ケース２７の中央 突出部内に軸受２９とスラスト型のベアリング３１を固定し、ベアリング１、軸 受２９およびベアリング３１でシャフト３３が軸支されている。 ケース２７内において、シャフト３３には円盤状回転体３５が固定され、シャ フト３３に取付けられたフランジ３７によって皿ばね３９が回転体３５の周縁部 を弾性体９の凸環部７に圧接し、超音波モータが構成されている。

【０００６】 このような超音波モータは、互いに９０゜位相が異なり例えば４０ＫＨｚより 若干高い２種類の交流駆動電圧〔Ｖ＝Ｖ0 ｓｉｎωｔ〕と〔Ｖ’＝Ｖ0 ｓｉｎ （ωｔ±π／２）〕を図示しない駆動回路から駆動電極１９、２１に加えること により、弾性体９の凸環部７には円周方向に進行する進行性超音波が生じ、回転 体３５が周方向に回転してシャフト３３が回転する。 また、超音波モータでは、駆動電極１９、２１に交流駆動電圧を加えることに よってフィードバック電極２３に電圧が誘起されるから、この誘起した信号をフ ィードバックさせて誘起信号レベルが一定となるように回転制御する。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、上述した超音波モータに用いる圧電振動板素子１３は、これに 衝撃が加わったり周囲の温度変動が大きいと、駆動電極１９、２１、フィードバ ック電極２３に電圧が誘起し易くなるが、駆動回路を接続しない単体のオープン 状態で衝撃が加わったり温度変動が生じると、フィードバック電極２３に誘起し た電圧によってこのフィードバック電極２３部分に施された分極が弱められてフ ィードバック信号が弱くなり、速度制御に支障を来す欠点がある。極端に分極が 弱くなるとフィードバック信号も得られなくなる。

【０００８】 もっとも、圧電振動板素子１３の第１および第２の分極領域１５、１７の駆動 電極１９、２１にも電圧が誘起し易いが、第１および第２の分極領域１５、１７ では厚み方向に交互に分極されている関係から駆動電極１９、２１には各分極領 域で互いに逆起電力が誘起して駆動電極１９、２１で短絡して消滅し、起電力が 分極に影響せず、問題になり難い。 特に、圧電振動板１１単体におけるオープン状態としては超音波モータの組立 前の輸送中や組立搬入工程中があり、圧電振動板１１の搬送や取扱いに細心の注 意が必要であった。

【０００９】 本考案はこのような従来の欠点を解決するためになされたもので、圧電振動板 素子の単体状態で衝撃が加わったり温度変動が生じてフィードバック電極等を形 成するセンサ電極に起電力が誘起されても、そのセンサ電極部分の分極に影響を 与えない超音波モータ用の圧電振動板を提供するものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

このような課題を解決するために本考案は、薄板状の圧電振動板素子であって 、交互に方向を異ならせて分極した部分的な第１の分極領域と、交互に方向を異 ならせて分極させその第１の分極領域と所定の間隔を置いて形成された部分的な 第２の分極領域を有する圧電振動板素子と、これら第１および第２の分極領域に おいてその圧電振動板素子の表面に形成された駆動電極と、それら第１および第 ２の分極領域間にてその圧電振動板素子の表面に形成され圧電振動板素子の超音 波振動に基づくセンサ信号を誘起するセンサ電極とを有し、特に、その圧電振動 板素子におけるセンサ電極部分に交互に方向を異ならせた分極を有している。

【００１１】

【作用】 このような手段を備えた本考案では、センサ電極部分の圧電振動板素子に方向 を異ならせた複数の分極が施されているから、単体の状態で圧電振動板に衝撃が 加わったり温度変動が生じても、各分極領域に応じて互いに逆起電力がセンサ電 極に誘起して短絡される。

【００１２】

【実施例】

以下本考案の実施例を図面を参照して説明する。なお、従来例と共通する部分 には同一の符号を付す。 図１〜図４は本考案に係る圧電振動板の一実施例を示す平面図および部分断面 図である。便宜上図３から説明する。 図３において、例えば圧電セラミック板からなるリング板状の圧電振動板素子 １３は、厚み方向の分極を連続して交互に変えた円弧状の第１の分極領域１５を 有し、この第１の分極領域１５の一方の端からλ／４ずれ、かつ厚み方向の分極 を連続的に交互に変えた円弧状の第２の分極領域１７を有している。

【００１３】 圧電振動板素子１３は、第１の分極領域１５の他方の端と第２の分極領域１７ の間にも厚み方向の分極を連続して互いに変えた一対の分極が施された第３の分 極領域４１が形成されているが、第３の分極領域４１における個々の分極領域は 第１および第２の分極領域１５、１７のそれに比べて狭くなっている。 圧電振動板素子１３の片面には、図１に示すように、第１および第２の分極領 域１５、１７に相当する位置に駆動電極１９、２１が各々円弧状に形成されると ともに、駆動電極１９、２１間の第３の分極領域４１にはセンサ電極例えばフィ ードバック電極２３が形成されている。なお、図１中の分極領域を区切る破線は 便宜上図示したものである。

【００１４】 圧電振動板素子１３の対向面（図１から見て裏面）には、図４に示すように、 第１および第２の分極領域１５、１７における各分極領域毎の個別電極４３、４ ５が互いに独立して形成されており、第３の分極領域４１には１個の個別電極４ ７が独立して形成されて本考案の圧電振動板４９が構成されている。 なお、これら個別電極４３、４５は駆動電極として、個別電極４７はフィード バック電極として機能する。

【００１５】 このような圧電振動板素子１３の分極は、例えば絶縁油中にてそれら駆動電極 １９、２１、フィードバック電極２３、個別電極４３、４５および個別電極４７ に順次極性を逆にした高圧を印加して施されるが、第３の分極領域４１について は分極用の別電極で分極してから個別電極４７を形成したり、個別電極４７を分 極領域に応じて独立した複数形成して分極した後に電気的に接続して１個の電極 としてもよい。 また、駆動電極１９、２１、フィードバック電極２３、個別電極４３、４５お よび個別電極４７は銀ペースト等の導電塗料を圧電振動板素子１３に塗付・焼付 けする等して形成される。

【００１６】 このような本考案の圧電振動板４９は、圧電振動板素子１３の第３の分極領域 に交互に厚み方向を異ならせた一対の分極が施されているから、フィードバック 電極２３に何も回路が接続さないオープン状態において、その圧電振動板に衝撃 が加わったり周囲に大きな温度変動が生じても、フィードバック電極２３には各 分極領域に応じて互いに逆起電力が誘起して短絡消滅するから起電力が残らず、 第３の分極領域４１の分極を弱めない。 なお、本考案の圧電振動板４９を用いた超音波モータの構成例は、上述した図 ７と同様であって圧電振動板１１と置き換えればよいから、図示およびその説明 を省略する。

【００１７】 上述した本考案に係る圧電振動板４９の実施例は一例であり、例えば図５およ び図６ような構成も可能である。 すなわち、図５の構成は圧電振動板素子１３においてフィードバック電極２３ を形成する第３の分極領域４１に分極方向を交互に異ならせた二対の分極を施し たものであり、図６の構成は交互に分極方向を異ならせた３つの分極を施したも のである。

【００１８】 このように、本考案の圧電振動板４９では、圧電振動板素子１３においてフィ ードバック電極２３を形成する領域に複数の分極を交互に方向を異ならせて施せ ば、フィードバック電極２３に互いに逆起電力が誘起して短絡消滅するから起電 力が残らず、本考案の目的達成が可能である。 なお、上述した本考案に係る圧電振動板４９およびこれを用いた超音波モータ の構成は一例であって従来公知の超音波モータにおいて実施可能であり、例えば 回転駆動するモータ以外に往復動するモータ構成にも実施可能である。往復動す るモータでは単に細長い薄板状の圧電振動板が用いられる。

【００１９】

【考案の効果】

以上説明したように本考案は、圧電振動板素子に駆動電極とともにセンサ電極 を形成した圧電振動板において、その圧電振動板素子のセンサ電極形成領域に交 互に方向を異ならせた複数の分極を施したから、センサ電極に回路が接続されて いないようなオープン状態において、圧電振動板に衝撃が加わったり周囲に大き な温度変動が生じても、センサ電極に生じた逆起電力によってセンサ電極部分の 分極が弱められない。 そのため、本考案の圧電振動板の輸送中に衝撃が加わったり大きな温度変動が 与えられてもセンサ電極部分の分極が劣化しないので、輸送や取扱いが簡単とな る。 そして、本考案の圧電振動板を超音波モータに用いると、センサ電極から例え ば速度制御用のフィードバック信号を確実に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係る圧電振動板の一実施例を一方の面
から示す平面図である。

【図２】図１の圧電振動板のII−II間の部分断面図であ
る。

【図３】図１の圧電振動板を形成する圧電振動板素子の
平面図である。

【図４】図１の圧電振動板の他方の面を示す平面図であ
る。

【図５】本考案の圧電振動板の他の実施例を示す要部平
面図である。

【図６】本考案の圧電振動板の更に他の実施例を示す要
部平面図である。

【図７】圧電振動板を用いた超音波モータの一例を示す
半断面図である。

【図８】図７における従来の圧電振動板を示す平面図で
ある。

【符号の説明】

１ ベアリング ３ 基台 ５ 凹部 ７ 凸環部 ９ 弾性体 １１、４９ 圧電振動板 １３ 圧電振動板素子 １５ 第１の分極領域 １７ 第２の分極領域 １９、２１ 駆動電極 ２３ フィードバック電極（センサ電極） ２５ 可撓性プリント基板 ２７ ケース ２９ 軸受 ３１ ベアリング ３３ シャフト ３５ 回転体 ３７ フランジ ３９ 皿ばね ４１ 第３の分極領域 ４３、４５、４７ 個別電極

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 薄板状の圧電振動板素子であって、交互
   に方向を異ならせて分極した第１の分極領域と、交互に
   方向を異ならせて分極させ前記第１の分極領域と所定の
   間隔を置いて形成された第２の分極領域とを有する圧電
   振動板素子と、 前記第１および第２の分極領域において前記圧電振動板
   素子の表面に形成された駆動電極と、 前記第１および第２の分極領域間にて前記圧電振動板素
   子の表面に形成され前記圧電振動板素子の超音波振動に
   基づくセンサ信号を誘起するセンサ電極と、 を具備する超音波モータ用の圧電振動板において、 前記センサ電極部分の前記圧電振動板素子に交互に方向
   を異ならせた複数の分極が施されてなることを特徴とす
   る超音波モータ用の圧電振動板。