JPH072031B2 - 超音波モータ - Google Patents

超音波モータ

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JPH072031B2
JPH072031B2 JP1239499A JP23949989A JPH072031B2 JP H072031 B2 JPH072031 B2 JP H072031B2 JP 1239499 A JP1239499 A JP 1239499A JP 23949989 A JP23949989 A JP 23949989A JP H072031 B2 JPH072031 B2 JP H072031B2
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piezoelectric element
vibration
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electrode
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JP1239499A
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浩之 今林
毅直 藤村
幹夫 渡辺
之彦 沢田
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optic Co Ltd
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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、縦振動を発生する圧電素子を利用して振動片
に楕円運動を発生させ、これにより回転子を回転させる
定在波型の超音波モータに関する。
〔従来の技術〕
従来、超音波モータは、例えば特開昭59-204477号公報
に開示とれるように、振動によって生じるモニター電圧
により入力電源の最適周波数を決定していた。この方法
は、圧電素子スペースの余り部分を利用するものであ
る。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来の超音波モータにおいては、進行波による駆動とい
う原理上、圧電素子パターンを位置的に位相を1/4λず
らして配置することが必要であるため、駆動面に圧電素
子が配置されない余りスペースが必ず発生し、この部分
を圧電素子のモニターとして利用できる。
しかし、ランジュバン振動子を応用したような定在波型
の超音波モータにあっては、圧電素子に余りスペースが
無いので、上記のような方法を利用することは不可能で
あった。
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもの
で、周波数を追尾可能とするために、例えば振動受信用
圧電素子を振動伝達部(共振器)に接触させることと
し、共振状態での信号を得られるようにした超音波モー
タを提供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するために、本発明は、縦振動を発生す
る圧電素子と、この圧電素子に電圧を印加する電極と、
縦振動を伝達する共振器と、縦振動を楕円運動に変換す
る振動片と、その楕円運動により回転する回転子と、こ
れら各構成部材を締結する固定ボルトとを具備した定在
波型の超音波モータにおいて、前記圧電素子の一部を振
動受信用圧電素子として駆動用圧電素子と振動受信用圧
電素子とに分割形成し、その圧電素子の正極側電極の一
部を前記振動受信用圧電素子と同形状の受信用電極とし
て駆動用電極と受信用電極とに分割形成するとともに、
振動受信用圧電素子と駆動用圧電素子との間および受信
用電極と駆動用電極との間をそれぞれ絶縁した。
また、振動受信用圧電素子の面積は、製造上の問題と駆
動効率上の問題等からして、当該圧電素子を含めた駆動
用圧電素子の面積の15%以下が好ましい。特に、4〜1
2.5%程度が最適である。
さらに、前記振動受信用圧電素子と駆動用圧電素子との
間および受信用電極と駆動用電極との間の絶縁は、セラ
ミックスまたは複合樹脂からなる絶縁部材を介在させて
絶縁するとよい。
また、本発明は、縦振動を発生する圧電素子と、この圧
電素子に電圧を印加する電極と、縦振動を伝達する共振
器と、縦振動を楕円運動に変換する振動片と、その楕円
運動により回転する回転子と、これら各構成部材を締結
する固定ボルトとを具備した定在波型の超音波モータに
おいて、振動受信用圧電素子を円環形状に形成するとと
もに、この振動受信用圧電素子を駆動用圧電素子と共振
器との間に設け、振動受信用圧電素子に隣接した受信用
電極と共振器との間をセラミックスまたは複合樹脂から
なる絶縁部材により絶縁した。
さらに、本発明は、縦振動を発生する圧電素子と、この
圧電素子に電圧を印加する電極と、縦振動を伝達する共
振器と、縦振動を楕円運動に変換する振動片と、その楕
円運動により回転する回転子と、これら各構成部材を締
結する固定ボルトとを具備した定在波型の超音波モータ
において、振動受信用圧電素子を円環形状に形成すると
ともに、この振動受信用圧電素子を前記固定ボルトの頭
部と共振器との間に設け、振動受信用圧電素子に隣接し
た受信用電極と固定ボルトの頭部との間をセラミックス
または複合樹脂からなる絶縁部材により絶縁した。
第1図に本発明にかかる超音波モータの一例の概念図を
示す。
第1図において、1で示すのは共振器であり、この共振
器1上には、順次、負電極板2、駆動用圧電素子3、駆
動用正電極板4、絶縁部材5、駆動用正電極板4、駆動
用圧電素子3、負電極板2、共振器1、振動片6および
回転子7がそれぞれ積層されている。これら各構成部材
は、仮想線で示す固定ボルトにより締め付け固定されて
いる。すなわち、駆動用圧電素子3は、2枚の負電極板
2に挟まれており、各駆動用圧電素子3は正極側が対向
するように配置されている。
また、上側の駆動用圧電素子3の一部には、その一部を
含めた円環状の駆動用圧電素子3の面積の15%以下の面
積を有する振動受信用圧電素子9が設けられている。さ
らに、この振動受信用圧電素子9の正極側にある駆動用
正電極板4の一部には、振動受信用圧電素子9と同形状
の受信用正電極板10が設けられている。そして、振動受
信用圧電素子9と駆動用圧電素子3との間および受信用
正電極板10と駆動用圧電素子素子板4との間には、それ
ぞれ絶縁部材5が介装されており、絶縁が施されてい
る。
〔作用〕
第1図に示す本発明の超音波モータにおいて、各構成部
材は固定ボルト8により締め付けられ、圧縮されてい
る。このため、駆動用圧電素子3および振動受信用圧電
素子9は、圧縮され、厚みがわずかに縮小された状態で
保持されており、常に他の構成部材と密着されている。
したがって、駆動用圧電素子3に電圧が印加されると、
駆動用圧電素子3は軸方向に膨張収縮を繰り返し、駆動
用圧電素子9に加わっていた圧縮加重が緩和されたり、
復帰されたりする。これにより、駆動用圧電素子3から
の振動と共振器1からの反射波との合成振動を検出し、
振動に呼応した電圧を発生し、受信用正電極板10により
外部へ出力する。
ここで、絶縁部材5をセラミックスまたは複合樹脂によ
り形成すれば、これらは振動を疎外しにくい材質である
ので、振動片6に発生する楕円運動に影響を与えにく
い。
以上のように、本発明の超音波モータによれば、振動受
信用圧電素子9により出力される信号によって、駆動周
波数を最適周波数に常時設定でき、回転子7を安定して
回転させることができる。特に、振動受信用圧電素子を
振動伝達部(共振器)に接触させ、他の構成部材間に挟
んで構成した超音波モータでは、第1図に示す超音波モ
ータに比べて、縦振動を発生する面積を減少させないた
め、強い縦振動を維持することができ、回転に影響を与
えにくい。
〔実施例〕
(第1実施例) 本実施例の超音波モータは、第2図に示すようなもの
で、共振器1上の各構成部材の積層順序は第1図に示す
ものと同様であるので、第1図と同符号をもって示し、
説明は省略する。
駆動用圧電素子3は2枚で構成されており、一方(本実
施例においては上側)の駆動用圧電素子3の一部は扇状
に切り欠かれ、そこにはその切り欠き形状とほぼ同形状
の振動受信用圧電素子9が設けられている。この振動受
信用圧電素子9の面積は、切り欠きを設ける前の駆動用
圧電素子3の面積の15%以下に形成されている。また、
振動受信用圧電素子9と駆動用圧電素子3との間隙は、
0.3mm以下であり、この間隙にはアクリル樹脂からなる
絶縁部材5が充填されている。
一方、振動受信用圧電素子9を設けた駆動用圧電素子3
の正極側にある駆動用正電極板4にも、振動受信用圧電
素子9に対向して切り欠きが設けられ、この切り欠きに
は振動受信用圧電素子9と同形状の受信用電極板10が設
けられている。また、受信用電極板10と駆動用電極板4
との間隙は0.5mm以下であり、この間隙にはアクリル樹
脂からなる絶縁部材5が充填されている。
そして、受信用電極板10を設けた駆動用電極板4と他の
駆動用電極板4との間には、厚さ0.2mmの円環状のセラ
ミックス板からなる絶縁部材5が介在されている。
かかる構成の超音波モータにおいて、振動受信用圧電素
子9は、固定ボルト(図示省略)によって共振器1と下
側の駆動用圧電素子3との間に密着して形成されている
ので、駆動用圧電素子3により発生される縦振動によっ
て振動に呼応した電圧が発生する。ここに、アクリル樹
脂、セラミックスからなる各絶縁部材5は、振動伝播速
度が比較的高いため、駆動用圧電素子3から発生する縦
振動を疎外しにくい。
本実施例によれば、振動受信用圧電素子9により発生す
る電圧により、最適な駆動周波数を判定することもで
き、周波数を追尾できる。なお、振動受信用圧電素子9
により発生する電圧のピーク値および駆動電圧との位相
差により、駆動周波数を判定することは言うまでもな
い。また駆動用圧電素子3の近くに設置することによ
り、敏感に振動をとらえることができ、さらに、駆動用
圧電素子3の内部に組込むため、振動受信用圧電素子9
を付加しても大きさ、形状等に変化がない。
第3図(a)および(b)は、それぞれ振動受信用圧電
素子9の別の配置例を示す。すなわち、両端面に銀電極
11が設けられた駆動用圧電素子3の正極側の銀電極11パ
ターンの一部に溝12を形成し、溝12によって囲まれた部
分を振動受信用の銀電極パターンとして振動受信用圧電
素子9を形成したものである。この場合でも、受信用電
極板10は振動受信用圧電素子9と同形状に形成、配置さ
れる。その他の構成は、第1実施例と同様である。
第3図(a)および(b)に示すものでは、組み付けが
非常に容易でかつ品質が安定する利点がある。
(第2実施例) 本実施例の超音波モータは、第4図に示すようなもの
で、共振器1上には、順次、絶縁部材5、受信用電極板
10、振動受信用圧電素子9、負電極板2、駆動用圧電素
子3、駆動用電極板4、駆動用圧電素子3、負電極板
2、共振器1および振動片6がそれぞれ積層されてい
る。
振動受信用圧電素子9は、円環形状に形成されており、
正極側の受信用電極板10とともに、一方(本実施例では
下側)の負電極板2と共振器1との間に配置されてい
る。また、受信用電極板10と共振器1との間には、厚さ
0.2mmの円環状のセラミックス板からなる絶縁部材5が
介装されており、絶縁が施されている。さらに、各構成
部材は、図示を省略した固定ボルトにより締結されてい
る。
本実施例によれば、振動受信用圧電素子9は、駆動用圧
電素子3と同様に積層配置されているため、振動の状態
を敏感にとらえやすい。また、駆動用圧電素子3の一部
を切り欠かないため、縦振動を発生する面積を減少させ
ず、強い縦振動を維持し、高トルク、高回転を達成でき
る。
さらに、組み付けは積層するだけなので、非常に容易
で、特に超小型の超音波モータにおいて、振動受信用圧
電素子を設置する場合に有効である。
(第3実施例) 本実施例の超音波モータは、第5図に示すようなもの
で、図示を省略した振動片から遠い方の共振器1に形成
されたボルトザグリ穴部1aには、円環形状の振動受信用
圧電素子9が、固定ボルト8の頭部8aに挟まれて設けら
れている。振動受信用圧電素子9は、正極側が固定ボル
ト8の頭部8aへ対向するようにして設けられている。そ
して、振動受信用圧電素子9と固定ボルト8の頭部8aと
の間には、頭部8a側から順に、絶縁部材5、受信用電極
板10が設けられている。絶縁部材5は、厚さ0.2mmの円
環状のセラミックス板からなっている。
その他の構成は、通常の定在波型の超音波モータと同様
である。
本実施例によれば、振動受信用圧電素子9は、縦振動幅
が増幅された共振器1の自由端部付近に設置されるた
め、大きな振動が伝達され、振動受信用圧電素子9から
は高い電圧が検出できる。このため、微妙な振動状態を
正確にとらえることができ、振動変化に応じて高精度に
周波数と追尾することが可能である。
また、第2実施例と同様に、積層構成するだけなので、
組み付け性が向上する。
さらに、第2実施例と同様に、駆動用圧電素子3の一部
を切り欠かないため、縦振動を発生する面積を減少させ
ない。また、振動受信用圧電素子9は、固定子の中心部
に設けられているため、共振器1の外周表面を伝播する
縦振動に影響を与えにくく、高トルク、高回転を維持可
能である。
〔発明の効果〕
以上のように、本発明の超音波モータによれば、周波数
を追尾可能にするために、振動受信用圧電素子を振動伝
達部(共振器)に接触させる等の構成としているので、
共振状態での信号を検出可能である。また、振動受信用
圧電素子の設置位置を変更することで回転に変換される
縦振動に影響を与えにくくすることができる。さらに、
受信用電極板は振動を疎外しづらい絶縁部材を用いるこ
とによって、高トルク、高回転をそのまま維持でき、安
定した超音波モータとすることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の超音波モータを示す概略構成図、第2
図は本発明の第1実施例の超音波モータを示す分解斜視
図、第3図(a)および(b)はそれぞれ第2図におけ
る要部の変形例を示す分解斜視図、第4図は本発明の第
2実施例の超音波モータを示す分解斜視図、第5図は本
発明の第3実施例の超音波モータを示す分解斜視図であ
る。 1……共振器 2……負電極板 3……駆動用圧電素子 4……駆動用正電極板 5……絶縁部材 6……振動片 7……回転子 8……固定ボルト 9……振動受信用圧電素子 10……受信用正電極板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 沢田 之彦 東京都渋谷区幡ケ谷2丁目43番2号 オリ ンパス光学工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭55−2393(JP,A) 特開 昭55−5792(JP,A) 特開 平1−115483(JP,A) 実開 昭49−36927(JP,U) 実公 昭55−55817(JP,Y2)

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】縦振動を発生する圧電素子と、この圧電素
    子に電圧を印加する電極と、縦振動を伝達する共振器
    と、縦振動を楕円運動に変換する振動片と、その楕円運
    動により回転する回転子と、これら各構成部材を締結す
    る固定ボルトとを具備した定在波型の超音波モータにお
    いて、前記圧電素子の一部を振動受信用圧電素子として
    駆動用圧電素子と振動受信用圧電素子とに分割形成し、
    その圧電素子の正極側電極の一部を前記振動受信用圧電
    素子と同形状の受信用電極として駆動用電極と受信用電
    極とに分割形成するとともに、振動受信用圧電素子と駆
    動用圧電素子との間および受信用電極と駆動用電極との
    間をそれぞれ絶縁したことを特徴とする超音波モータ。
  2. 【請求項2】前記振動受信用圧電素子の面積は当該圧電
    素子を含めた駆動用圧電素子の面積の15%以下であるこ
    とを特徴とする請求項1記載の超音波モータ。
  3. 【請求項3】前記振動受信用圧電素子と駆動用圧電素子
    との間および受信用電極と駆動用電極との間の絶縁はセ
    ラミックスまたは複合樹脂からなる絶縁部材を介在させ
    て絶縁したことを特徴とする請求項1または2記載の超
    音波モータ。
  4. 【請求項4】縦振動を発生する圧電素子と、この圧電素
    子に電圧を印加する電極と、縦振動を伝達する共振器
    と、縦振動を楕円運動に変換する振動片と、その楕円運
    動により回転する回転子と、これら各構成部材を締結す
    る固定ボルトとを具備した定在波型の超音波モータにお
    いて、振動受信用圧電素子を円環形状に形成するととも
    に、この振動受信用圧電素子を駆動用圧電素子と共振器
    との間に設け、振動受信用圧電素子に隣接した受信用電
    極と共振器との間をセラミックスまたは複合樹脂からな
    る絶縁部材により絶縁したことを特徴とする超音波モー
    タ。
  5. 【請求項5】縦振動を発生する圧電素子と、この圧電素
    子に電圧を印加する電極と、縦振動を伝達する共振器
    と、縦振動を楕円運動に変換する振動片と、その楕円運
    動により回転する回転子と、これら各構成部材を締結す
    る固定ボルトとを具備した定在波型の超音波モータにお
    いて、振動受信用圧電素子を円環形状に形成するととも
    に、この振動受信用圧電素子を前記固定ボルトの頭部と
    共振器との間に設け、振動受信用圧電素子に隣接した受
    信用電極と固定ボルトの頭部との間をセラミックまたは
    複合樹脂からなる絶縁部材により絶縁したことを特徴と
    する超音波モータ。
JP1239499A 1989-09-14 1989-09-14 超音波モータ Expired - Lifetime JPH072031B2 (ja)

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JP2008173481A (ja) * 2007-01-18 2008-07-31 Sunstar Precision Co Ltd 刺繍ミシンの布材押え部材駆動構造

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