JPH072029B2 - 超音波モータ - Google Patents

超音波モータ

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JPH072029B2
JPH072029B2 JP1162938A JP16293889A JPH072029B2 JP H072029 B2 JPH072029 B2 JP H072029B2 JP 1162938 A JP1162938 A JP 1162938A JP 16293889 A JP16293889 A JP 16293889A JP H072029 B2 JPH072029 B2 JP H072029B2
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伸雄 塚田
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
    • H02N2/16—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors using travelling waves, i.e. Rayleigh surface waves
    • H02N2/166—Motors with disc stator

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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は超音波モータの構造に関するものである。
〔発明の概要〕
本発明は圧電素子と圧電素子を接着した振動体とでたわ
み進行波を発生させ、このたわみ進行波による変位を振
動体の周方向に凹凸となるように設けたくし歯で拡大し
て、振動体に圧接された移動体を摩擦駆動する超音波モ
ータにおいて、圧電素子の一方向の面には周方向に４の
倍数で等間隔に分割された扇形電極パターンを設け、こ
の電極パターンの数とくし歯の凹凸の数を互いに素とす
ることにより圧電素子と振動体の接着の位置による性能
のばらつきをなくし、均一化した性能の得られる超音波
モータを提供できるようにしたものである。
〔従来の技術〕
従来の超音波モータは、片方の面には圧電素子を接着
し、反対の面には周方向に凹凸となるようなくし歯を設
けた振動体と、振動体のくし歯上面に圧接された移動体
とから成り立っていた。このような超音波モータは、圧
電素子に電気信号を加えて振動体にたわみ進行波を発生
させ、この横方向振巾を利用して移動体を回転させるも
のであり、くし歯は振動体のたわみ進行波に影響を与え
ずに大きな振巾を取り出す役割を持っていた。
〔考案が解決しようとする課題〕
このような超音波モータは、振動体に設けたくし歯によ
り効率を高めているが、くし歯と圧電素子の電極パター
ンとの相互の位置関係により、効率が変化するという課
題を有していた。例えば第４図において振動体１にはく
し歯1aが設けられ凸部を斜線で示してある。圧電素子２
の裏面には周方向に12等分された電極パターン2a〜2dを
設け、隣接する２つの電極パターン2a,2bの領域を正方
向に分極し、次に隣接する２つの電極パターン2c,2dの
領域を負方向に分極してある。各電極パターン2a〜2dに
取り付けられたリード線５は、ひとつおきに2a及び2cの
グループ5aと2b及び2dのグループ5bに束ねられ、リード
線5aと5bには時間的に90°位相の異なる信号を加える。
これにより振動体１にはたわみ進行波が発生するが、進
行波といえどもリード線5aのグループの定在波とリード
線5bのグループの定在波の合成によるものである。この
様子を第５図で説明すると、電極パターン2aと2cのグル
ープにより発生する定在波をＡで示し、電極パターン2b
と2dのグループにより発生する定在波をＢで示してあ
る。振動体１のくし歯の数は24個でくし歯の凸部1eの中
心と電極パターン2a〜2dの中心とが一致するような関係
で接着されている。この場合には屈曲の最大点Ｃ（12箇
所）の位置と凸部が重なるため、曲げ剛性が大きくたわ
みが小さい。これに対し第６図及び第７図に示すよう
に、くし歯の凹部1fの中心と電極パターン2a〜2dの中心
とが一致するように接着されていると、屈曲の最大点Ｃ
（12箇所）が凹部と重なるために、曲げ剛性が小さくな
り大きくたわむことになる。このように振動体１と圧電
素子２の接着の位置のばらつきにより、超音波モータの
効率が大きく変化するという課題を有していた。
〔課題を解決するための手段〕
上記課題を解決するために、本発明では圧電素子の一方
の面に４の倍数で等間隔に分割された扇形電極パターン
を設けるとともに、この電極パターンの数とくし歯の凹
凸の数を互いに素とするようにした。
〔作用〕
上記のような構成にすれば、振動体のくし歯の凹部又は
凸部の中心と圧電素子の電極パターンの中心とが全周に
わたって一致することがなく、ひと歯ごとに少しずつず
れていくため、ひとつの部品内では定在波の強さが場所
により変化することはあるが、合成された結果としての
進行波は平均化されたものとなり、接着位置のズレによ
る部品間のばらつきはなくなる。
〔実施例〕
以下に本発明の実施例を図面にもとづいて説明する。第
１図は本発明による超音波モータの断面図で振動体１に
は圧電素子２が接着され、反対側にはくし歯1aが設けら
れている。移動体３は加圧ばね４で振動体１に圧接され
ている。リード線５は圧電素子２の裏面の電極にハンダ
付けされている。ここでリード線５から圧電素子２に電
気信号を加えると、振動体１にたわみ進行波が発生し
て、移動体３を回転させるものである。第２図は圧電素
子２の電極と振動体１のくし歯1aの位置関係を示す図
で、振動体１にはくし歯1aが設けられ、凸部を斜線で示
してある。圧電素子２の裏面には周方向に12等分された
電極パターン2a〜2dを設け、隣接する２つの電極パター
ン2a,2bの領域を正方向に分極し、次に隣接する２つの
電極パターン2c,2dの領域を負方向に分極してある。各
電極パターン2a〜2dに取り付けられたリード線５は、ひ
とつおきに2a及び2cのグループ5aと2b及び2dのグループ
5bに束ねられ、リード線5aと5bには時間的に90°位相の
異なる信号を加える。これにより振動体１にはたわみ進
行波が発生するが、進行波といえどもリード線5aのグル
ープの定在波とリード線5bのグループの定在波の合成に
よるものである。この様子を第３図で説明すると、電極
パターン2aと2cのグループにより発生する定在波をＡで
示し、電極パターン2bと2dのグループにより発生する定
在波をＢで示してある。振動体１のくし歯の数は25個で
例えば電極パターン2aの中のひとつ（ で示す部分）の中心とくし歯の中の凸部1bの中心を一致
させるように接着された場合を考えると、最大屈曲点C1
は凸部1bと一致するが、C2は1/12ピッチ分中心がずれC3
では2/12,C4では3/12というようにずれC7では凹部1cと
一致し、さらにC8では1/12ピッチずれるというように、
最大屈曲点での曲げ剛性が円周方向で少しずつ変化して
いる。圧電素子２と振動体１の接着位置を少しずらすと
上記位置関係は少し異なるが、1/12ピッチずれると凸部
1dと点C2が一致するため第２図と同じ状態にもどること
になる。このように圧電素子２の接着をランダムに行な
っても、1/12ピッチごとのズレしか起らず、しかもこれ
は定在波のばらつきであり、全体を合成した結果として
の進行波はこれが平均化された形となるため、特性には
ほとんど変化が出ないことになる。なお実施例では電極
パターン数に、くし歯の数25の場合を示したが、互いに
素であれば全く同様の効果が得られる。
〔発明の効果〕
本発明は以上説明したように、圧電素子は円周方向に４
の倍数で等間隔に分割した扇形電極パターンを設け、電
極パターンの数と振動体のくし歯の数を互いに素とする
ことにより、超音波モータの効率が圧電素子の接着位置
のちがいにより影響されることがなくなり、部品間のバ
ラツキの少ない均一な性能が得られるという効果を有す
る。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による超音波モータの断面図、第２図は
本発明による電極とくし歯の位置関係を示す図、第３図
は本発明による定在波のたわみ状態を示す図、第４図〜
第７図は電極とくし歯の位置関係により発生する効率の
変化を説明する図である。 １……振動体 ２……圧電素子 ３……移動体 ４……加圧ばね ５……リード線

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】圧電素子と、片面には前記圧電素子を接着
    し反対の面には周方向に凹凸となるようなくし歯部を設
    けた振動体と、前記振動体のくし歯上面に圧接された移
    動体とから成り、前記圧電素子の伸縮運動を利用したた
    わみ進行波により移動体を摩擦駆動させる超音波モータ
    において、前記圧電素子の一方の面には周方向に４の倍
    数で等間隔に分割された扇形電極パターンを設け、該電
    極パターンの数と前記振動体のくし歯の凹凸の数が互い
    に素であることを特徴とする超音波モータ。
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