JPH07143765A - 超音波モータ及び超音波モータ付き電子機器 - Google Patents
超音波モータ及び超音波モータ付き電子機器Info
- Publication number
- JPH07143765A JPH07143765A JP5283537A JP28353793A JPH07143765A JP H07143765 A JPH07143765 A JP H07143765A JP 5283537 A JP5283537 A JP 5283537A JP 28353793 A JP28353793 A JP 28353793A JP H07143765 A JPH07143765 A JP H07143765A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ultrasonic motor
- piezoelectric element
- pattern
- zero
- divided
- 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】
【目的】 小型で高出力の超音波モータを得る。
【構成】 振動体４と移動体６とから構成され、振動体
４に振動波を励振する圧電素子１の分極パターンは、振
動波の節部が形成する同心円状の節部がゼロとなる円弧
付近の内側と外側で分極方向を異ならせることで振動波
のモードパターンに応じた構成となり、効率的な振動波
の励振ができる。
４に振動波を励振する圧電素子１の分極パターンは、振
動波の節部が形成する同心円状の節部がゼロとなる円弧
付近の内側と外側で分極方向を異ならせることで振動波
のモードパターンに応じた構成となり、効率的な振動波
の励振ができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は圧電素子の伸縮運動を
利用して駆動力を発生させる超音波モータに関するもの
であり、特に、工作機械、及びカメラ等の電子機器への
応用が可能である。
利用して駆動力を発生させる超音波モータに関するもの
であり、特に、工作機械、及びカメラ等の電子機器への
応用が可能である。
【０００２】
【従来の技術】従来の超音波モータの圧電素子のパター
ンを図面に基づいて説明する。図５において、振動波の
波長をλとして、λ／４ごとに圧電素子のパターンを分
割し、これを二つおきに＋、＋、−、−と交互に分極処
理を行なう。この分極されたパターンを一つおきに短絡
し、二つのパターン群（斜線部５ｂ−１、及び非斜線部
５ｂ−２）とする。この二つのパターン群に、時間的に
位相の異なる二つの高周波電圧を印加することにより、
位置的、時間的に位相のずれた二つの定在波が発生し、
その合成として進行波が励振できる。このような振動波
励振方法が知られていた。
ンを図面に基づいて説明する。図５において、振動波の
波長をλとして、λ／４ごとに圧電素子のパターンを分
割し、これを二つおきに＋、＋、−、−と交互に分極処
理を行なう。この分極されたパターンを一つおきに短絡
し、二つのパターン群（斜線部５ｂ−１、及び非斜線部
５ｂ−２）とする。この二つのパターン群に、時間的に
位相の異なる二つの高周波電圧を印加することにより、
位置的、時間的に位相のずれた二つの定在波が発生し、
その合成として進行波が励振できる。このような振動波
励振方法が知られていた。
【０００３】例えば特開平１ー２８３０７号公報に従来
のこのような方法で進行波を発生させるための圧電素子
の分極パターンの例が開示されている。この進行波の励
振されている振動体の上に移動体を加圧接触させると移
動体は振動体の楕円運動を摩擦を介して受け回転する。
のこのような方法で進行波を発生させるための圧電素子
の分極パターンの例が開示されている。この進行波の励
振されている振動体の上に移動体を加圧接触させると移
動体は振動体の楕円運動を摩擦を介して受け回転する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の圧電素
子で、径方向に節部を有する振動モードを振動体に励振
しようとすると図１（ａ）に示したように、節部が形成
する同心円状の振幅がゼロとなる円弧の外側は内側と逆
位相で振動するため、節部が形成する同心円状の振幅が
ゼロとなる円弧の内側を基準に考えた場合、外側の圧電
素子は励振力を抑える方向へ働くと共に、不要振動を発
生させる恐れがあった。
子で、径方向に節部を有する振動モードを振動体に励振
しようとすると図１（ａ）に示したように、節部が形成
する同心円状の振幅がゼロとなる円弧の外側は内側と逆
位相で振動するため、節部が形成する同心円状の振幅が
ゼロとなる円弧の内側を基準に考えた場合、外側の圧電
素子は励振力を抑える方向へ働くと共に、不要振動を発
生させる恐れがあった。
【０００５】そこで本発明の目的は、従来のこのような
課題を解決するために、圧電素子のパターンを改善し、
小型で高効率の超音波モータを提供することにある。
課題を解決するために、圧電素子のパターンを改善し、
小型で高効率の超音波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】上記課題を解決するため
に、本発明は超音波モータにおいて、振動体の励振に用
いる圧電素子の分極方向を、振動の位相が逆転する節部
が形成する同心円状の円弧付近を境とし、その内側と外
側で分極方向を異ならせ、駆動に用いる振動モードに適
した圧電素子の分極パターンとした。
に、本発明は超音波モータにおいて、振動体の励振に用
いる圧電素子の分極方向を、振動の位相が逆転する節部
が形成する同心円状の円弧付近を境とし、その内側と外
側で分極方向を異ならせ、駆動に用いる振動モードに適
した圧電素子の分極パターンとした。
【０００７】
【作用】上記の様に構成した圧電素子を用いた超音波モ
ータにおいては、圧電素子に振動体の曲げモードの共振
周波数付近の高周波電圧を印加することにより振動波が
励振される。振動体に圧接された移動体は振動波による
力を摩擦力を介して受け回転する。振動体の振動モード
に合わせた圧電パターンを使用しているので効率的な振
動の励振ができ、超音波モータの機械的出力が大きくな
る。
ータにおいては、圧電素子に振動体の曲げモードの共振
周波数付近の高周波電圧を印加することにより振動波が
励振される。振動体に圧接された移動体は振動波による
力を摩擦力を介して受け回転する。振動体の振動モード
に合わせた圧電パターンを使用しているので効率的な振
動の励振ができ、超音波モータの機械的出力が大きくな
る。
【０００８】
【実施例】（１）第一の実施例 以下に本発明の第一の実施例を図面に基づいて説明す
る。図１は本発明の第一の実施例の超音波モータの圧電
素子分極パターンと振動体の変位分布を示す図である。
図２は本発明の第一の実施例の圧電素子分極パターンを
用いた超音波モータの断面図である。
る。図１は本発明の第一の実施例の超音波モータの圧電
素子分極パターンと振動体の変位分布を示す図である。
図２は本発明の第一の実施例の圧電素子分極パターンを
用いた超音波モータの断面図である。
【０００９】図１において、圧電素子１の分極パターン
は周方向に対してλ／４ごとに、径方向に対しては振動
波の節部が形成する同心円状の振幅がゼロとなる円弧付
近を境にして分割されている。周方向に対しては分割さ
れたパターンの分極方向は二つおきに異なると共に、振
動波の節部が形成する同心円状の振幅がゼロとなる円弧
の内側と外側でも分極方向が異なるように分極処理され
ている。
は周方向に対してλ／４ごとに、径方向に対しては振動
波の節部が形成する同心円状の振幅がゼロとなる円弧付
近を境にして分割されている。周方向に対しては分割さ
れたパターンの分極方向は二つおきに異なると共に、振
動波の節部が形成する同心円状の振幅がゼロとなる円弧
の内側と外側でも分極方向が異なるように分極処理され
ている。
【００１０】圧電素子１の片面は、これら分極パターン
は半径方向に短絡されていると共に、周方向に対して一
つおきに短絡され、斜線部１−１と非斜線部１−２の二
つの電極パターン群を構成している。圧電素子１の他面
はベタ電極となっており二つの電極パターン群の共通電
極となっている。
は半径方向に短絡されていると共に、周方向に対して一
つおきに短絡され、斜線部１−１と非斜線部１−２の二
つの電極パターン群を構成している。圧電素子１の他面
はベタ電極となっており二つの電極パターン群の共通電
極となっている。
【００１１】図２において、中心軸２は支持板３に固定
されている。図１に示した分極パターンを有する圧電素
子１が接着されている。移動体６の中心には軸受け５が
設けられ、回転可能なように中心軸２に案内されてい
る。ばね部材７によって移動体６は振動体４に圧接され
ている。圧電素子１の二つのパターン群及び１−２に時
間的に位相の異なる高周波電圧を印加すると振動体４に
は位置的、時間的に位相のずれた二つの定在波が発生
し、二つの定在波の合成として進行波が発生する。この
とき移動体６は振動体の楕円運動を摩擦を介して受け回
転する。
されている。図１に示した分極パターンを有する圧電素
子１が接着されている。移動体６の中心には軸受け５が
設けられ、回転可能なように中心軸２に案内されてい
る。ばね部材７によって移動体６は振動体４に圧接され
ている。圧電素子１の二つのパターン群及び１−２に時
間的に位相の異なる高周波電圧を印加すると振動体４に
は位置的、時間的に位相のずれた二つの定在波が発生
し、二つの定在波の合成として進行波が発生する。この
とき移動体６は振動体の楕円運動を摩擦を介して受け回
転する。
【００１２】（２）第二の実施例 第一の実施例では波数が３、径方向の節の数が１の振動
モードを利用したが、周方向に波数×４、径方向には節
の数分の分割を行ない、第一の実施例に示したように分
極処理を施せば、あらゆる曲げモードを効率良く励振す
ることができる。例えば、波数４、径方向の節の数が１
の振動モードを励振するには、図３に示したように圧電
素子１−３のパターンを周方向に１６分割、径方向には
節部が形成する同心円状の振幅がゼロとなる円弧で分割
し、周方向に対しては分割されたパターンの分極方向は
二つおきに異なると共に、節部が形成する同心円状の振
幅がゼロとなる円弧の内側と外側でも分極方向が異なる
様に分極処理されている。圧電素子１−３の片面は、こ
れら分極パターンは半径方向に短絡されていると共に、
周方向に対して一つおきに短絡され、斜線部１−３−１
と非斜線部１−３−２の二つの電極パターン群を構成し
ている。圧電素子１−３の他面はベタ電極となってお
り、二つの電極パターンの共通電極となっている。これ
ら二つの電極パターンに電気信号を印加すると波数が
３、径方向の節の数が１の振動波が励振される。
モードを利用したが、周方向に波数×４、径方向には節
の数分の分割を行ない、第一の実施例に示したように分
極処理を施せば、あらゆる曲げモードを効率良く励振す
ることができる。例えば、波数４、径方向の節の数が１
の振動モードを励振するには、図３に示したように圧電
素子１−３のパターンを周方向に１６分割、径方向には
節部が形成する同心円状の振幅がゼロとなる円弧で分割
し、周方向に対しては分割されたパターンの分極方向は
二つおきに異なると共に、節部が形成する同心円状の振
幅がゼロとなる円弧の内側と外側でも分極方向が異なる
様に分極処理されている。圧電素子１−３の片面は、こ
れら分極パターンは半径方向に短絡されていると共に、
周方向に対して一つおきに短絡され、斜線部１−３−１
と非斜線部１−３−２の二つの電極パターン群を構成し
ている。圧電素子１−３の他面はベタ電極となってお
り、二つの電極パターンの共通電極となっている。これ
ら二つの電極パターンに電気信号を印加すると波数が
３、径方向の節の数が１の振動波が励振される。
【００１３】（３）第三の実施例 図４は、本発明の超音波モータを用いた超音波モータ付
き電子機器の第三の実施例のブロック図を示したもので
ある。先の実施例に示した超音波モータ２０を用いて、
超音波モータ２０の移動体と一体に動作する伝達手段１
１と、伝達手段１１の動作に基づいて動作する出力手段
１２とを設ける構成とすることにより超音波モータ付き
電子機器が実現できる。
き電子機器の第三の実施例のブロック図を示したもので
ある。先の実施例に示した超音波モータ２０を用いて、
超音波モータ２０の移動体と一体に動作する伝達手段１
１と、伝達手段１１の動作に基づいて動作する出力手段
１２とを設ける構成とすることにより超音波モータ付き
電子機器が実現できる。
【００１４】伝達手段１１としては、好ましくは、歯車
や摩擦車等の伝達車などを用いる。出力手段１２として
は、好ましくはカメラにおいてはシャッタ駆動装置、レ
ンズ駆動装置等を、電子時計あるいは計測器においては
指針等を、ロボットにおいてはアーム等を、工作機械に
おいては刃具送り装置や加工部材送り装置等を用いる。
や摩擦車等の伝達車などを用いる。出力手段１２として
は、好ましくはカメラにおいてはシャッタ駆動装置、レ
ンズ駆動装置等を、電子時計あるいは計測器においては
指針等を、ロボットにおいてはアーム等を、工作機械に
おいては刃具送り装置や加工部材送り装置等を用いる。
【００１５】本発明の超音波モータ付き電子機器として
は好ましくは、電子時計、計測器カメラ、プリンタ、印
刷機、工作機械、ロボット、移動装置などが実現でき
る。さらに、移動体に出力軸を取り付け、出力軸からの
トルクを伝達するための動力伝達手段を有する構成とす
れば、超音波モータ駆動装置が実現できる。
は好ましくは、電子時計、計測器カメラ、プリンタ、印
刷機、工作機械、ロボット、移動装置などが実現でき
る。さらに、移動体に出力軸を取り付け、出力軸からの
トルクを伝達するための動力伝達手段を有する構成とす
れば、超音波モータ駆動装置が実現できる。
【００１６】
【発明の効果】本発明は、以上示したように超音波モー
タにおいて、圧電素子のパターンをλ／４のピッチごと
に放射状に分割するとともに、振動体に発生する振動波
の節部が形成する同心円状の振幅がゼロとなる円弧付近
の内側と外側で分極方向を異ならせ、振動モードに応じ
た圧電素子の分極パターンとすることにより、以下に記
載する効果を有する。 （１）振動体の励振効率が高くなり、小型で高効率、高
出力のモータが得られる。 （２）使用モードの励振に最適な分極パターンを構成す
ることができ、不要振動を発生しにくくし、振動体と移
動体の接触状態を良好とし、駆動音を小さくすることが
できる。
タにおいて、圧電素子のパターンをλ／４のピッチごと
に放射状に分割するとともに、振動体に発生する振動波
の節部が形成する同心円状の振幅がゼロとなる円弧付近
の内側と外側で分極方向を異ならせ、振動モードに応じ
た圧電素子の分極パターンとすることにより、以下に記
載する効果を有する。 （１）振動体の励振効率が高くなり、小型で高効率、高
出力のモータが得られる。 （２）使用モードの励振に最適な分極パターンを構成す
ることができ、不要振動を発生しにくくし、振動体と移
動体の接触状態を良好とし、駆動音を小さくすることが
できる。
【図１】本発明の第一の実施例の超音波モータの圧電素
子分極パターンと振動体の変位分布を示す図である。
子分極パターンと振動体の変位分布を示す図である。
【図２】本発明の第一の実施例の超音波モータの断面図
である。
である。
【図３】本発明の第二の実施例の圧電素子分極パターン
を示す図である。
を示す図である。
【図４】本発明の第三の実施例を示すブロック図であ
る。
る。
【図５】従来の超音波モータの圧電素子分極パターンを
示す図である。
示す図である。
１ 圧電素子 ２ 中心軸 ３ 支持板 ４ 振動体 ５ 軸受け ６ 移動体 ７ ばね部材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 林崎 伸一 東京都江東区亀戸６丁目31番１号 セイコ ー電子工業株式会社内
Claims (6)
- 【請求項１】 圧電素子（１）の伸縮運動を利用して、
振動体（４）に振動波を励振させることにより、振動体
（４）に所定に圧力で接触する移動体（６）を摩擦駆動
させる超音波モータにおいて、 振動体（４）の少なくとも片面に接合された圧電素子
（１）のパターンは、振動体（４）に励振される振動波
の波長をλとしたときに、ほぼλ／４のピッチごとに放
射状に分割されると共に、 振動体（４）に発生する振動波の節部が形成する同心円
状の振幅がゼロとなる円弧付近において内側と外側とに
分割されていることを特徴とする超音波モータ。 - 【請求項２】 請求項１記載の超音波モータにおいて、 振動波の節部が形成する同心円状の振幅がゼロとなる円
弧を挟んで隣り合うパターンは分極方向が異なり、この
隣り合うパターンに同方向の電界を印加する超音波モー
タ。 - 【請求項３】 請求項１記載の超音波モータにおいて、 振動波の節部が形成する同心円状の振幅がゼロとなる円
弧を挟んで隣り合うパターンは分極方向が同じであり、
この隣り合うパターンに同方向の電界を印加する超音波
モータ。 - 【請求項４】 請求項１記載の超音波モータにおいて、 周方向、及び振動波の節部が形成する同心円状の振幅が
ゼロとなる円弧付近において内側と外側とに分割された
パターンは、 周方向に対して二つおきに分極方向が異なると共に、振
動波の節部が形成する同心円状の振幅がゼロとなる円弧
を挟んで隣り合うパターンは分極方向が異なり、同一半
径上のパターンは導通がとられており、周方向に対して
はパターンが一つおきに導通がとられると共に、二つの
電極パターン群（１−１、１−２）を構成したことを特
徴とする超音波モータ。 - 【請求項５】 請求項１ないし請求項４のいずれか１項
に記載の超音波モータを有し、移動体（６）に取りつけ
た出力軸と、出力軸からの出力トルクを伝達するための
伝達手段（１１）とを有する超音波モータ駆動装置。 - 【請求項６】 請求項１ないし請求項４のいずれか１項
に記載の超音波モータを有し、移動体（６）と一体に動
作する伝達手段（１１）と、伝達手段（１１）の動作に
基づいて動作する出力手段（１２）とを有することを特
徴とする超音波モータ付き電子機器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5283537A JPH07143765A (ja) | 1993-11-12 | 1993-11-12 | 超音波モータ及び超音波モータ付き電子機器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5283537A JPH07143765A (ja) | 1993-11-12 | 1993-11-12 | 超音波モータ及び超音波モータ付き電子機器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07143765A true JPH07143765A (ja) | 1995-06-02 |
Family
ID=17666822
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5283537A Pending JPH07143765A (ja) | 1993-11-12 | 1993-11-12 | 超音波モータ及び超音波モータ付き電子機器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07143765A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002000117A1 (en) * | 2000-06-23 | 2002-01-03 | Meditron As | Two-way mechano-electrical transducer |
| JP2003180092A (ja) * | 2001-12-07 | 2003-06-27 | Canon Inc | 振動波駆動装置 |
| US7608981B2 (en) * | 2005-06-15 | 2009-10-27 | Tdk Corporation | Piezoelectric thin film vibrator and fabrication method thereof, driving apparatus and piezoelectric motor using the same |
-
1993
- 1993-11-12 JP JP5283537A patent/JPH07143765A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002000117A1 (en) * | 2000-06-23 | 2002-01-03 | Meditron As | Two-way mechano-electrical transducer |
| US6624551B2 (en) | 2000-06-23 | 2003-09-23 | Meditron Asa | Two-way mechano-electric transducer |
| JP2003180092A (ja) * | 2001-12-07 | 2003-06-27 | Canon Inc | 振動波駆動装置 |
| US7245058B2 (en) | 2001-12-07 | 2007-07-17 | Canon Kabushiki Kaisha | Vibration wave driving apparatus, and method of setting shape of support member supporting elastic member forming vibration member of vibration wave driving apparatus |
| US7608981B2 (en) * | 2005-06-15 | 2009-10-27 | Tdk Corporation | Piezoelectric thin film vibrator and fabrication method thereof, driving apparatus and piezoelectric motor using the same |
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