JPH0744855B2 - 超音波モ−タ - Google Patents
超音波モ−タInfo
- Publication number
- JPH0744855B2 JPH0744855B2 JP61256040A JP25604086A JPH0744855B2 JP H0744855 B2 JPH0744855 B2 JP H0744855B2 JP 61256040 A JP61256040 A JP 61256040A JP 25604086 A JP25604086 A JP 25604086A JP H0744855 B2 JPH0744855 B2 JP H0744855B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- wavelength
- ultrasonic motor
- piezoelectric
- piezoelectric body
- 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.)
- Expired - Lifetime
Links
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 4
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- 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
- H02N2/163—Motors with ring stator
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は圧電体を用いて駆動力を発生する超音波モータ
に関する。
に関する。
従来の技術 近年圧電セラミック等の圧電体を用いた駆動体に弾性振
動を励振し、これを駆動力とした超音波モータが注目さ
れている。
動を励振し、これを駆動力とした超音波モータが注目さ
れている。
以下、図面を参照しながら超音波モータの従来技術につ
いて説明を行う。
いて説明を行う。
第３図は従来の超音波モータの斜視図であり、円環形の
弾性体１の円環面の一方に圧電体として円環形圧電セラ
ミック２を貼合せて圧電駆動体３を構成している。４は
耐磨耗性材料のスライダ、５は弾性体であり、互いに貼
合せられて移動体６を構成している。移動体６はスライ
ダ４を介して駆動体６と加圧接触している。圧電体２に
電界を印加すると駆動体３の周方向に曲げ振動の進行波
が励起され、移動体６を駆動する。尚、同図中の矢印は
移動体６の回転方向を示す。
弾性体１の円環面の一方に圧電体として円環形圧電セラ
ミック２を貼合せて圧電駆動体３を構成している。４は
耐磨耗性材料のスライダ、５は弾性体であり、互いに貼
合せられて移動体６を構成している。移動体６はスライ
ダ４を介して駆動体６と加圧接触している。圧電体２に
電界を印加すると駆動体３の周方向に曲げ振動の進行波
が励起され、移動体６を駆動する。尚、同図中の矢印は
移動体６の回転方向を示す。
第４図は第３図の超音波モータに使用した圧電セラミッ
ク２の電極構造の一例を示している。同図では円周方向
に９波長の弾性波がのるようにしてある。同図におい
て、Ａ、Ｂはそれぞれ２分の１波長相当の小領域から成
る電極群で、Ｃは４分の３波長、Ｄは４分の１波長の長
さの電極である。従って、Ａの電極群とＢの電極群とは
位置的に４分の１波長（＝90度）の位相ずれがある。電
極群Ａ、Ｂ内の隣り合う小電極部は互いに反対に厚み方
向に分極されている。圧電セラミック２の弾性体１との
接着面は第４図に示めされた面と反対の面であり、電極
はベタ電極である。使用時には電極群Ａ、Ｂは第４図に
斜線で示されるように、それぞれ短絡して駆動される。
ここで、電極ＣとＤは電極群Ａ、Ｂの位置出しのために
構成されているだけであるのでなくてもよい。つまり、
圧電体２の１波長分の面積は有効に利用されていない。
ク２の電極構造の一例を示している。同図では円周方向
に９波長の弾性波がのるようにしてある。同図におい
て、Ａ、Ｂはそれぞれ２分の１波長相当の小領域から成
る電極群で、Ｃは４分の３波長、Ｄは４分の１波長の長
さの電極である。従って、Ａの電極群とＢの電極群とは
位置的に４分の１波長（＝90度）の位相ずれがある。電
極群Ａ、Ｂ内の隣り合う小電極部は互いに反対に厚み方
向に分極されている。圧電セラミック２の弾性体１との
接着面は第４図に示めされた面と反対の面であり、電極
はベタ電極である。使用時には電極群Ａ、Ｂは第４図に
斜線で示されるように、それぞれ短絡して駆動される。
ここで、電極ＣとＤは電極群Ａ、Ｂの位置出しのために
構成されているだけであるのでなくてもよい。つまり、
圧電体２の１波長分の面積は有効に利用されていない。
以上のように構成された超音波モータについて、その動
作を以下に説明する。前記圧電体２の電極群Ａに Ｖ＝V1×sin（ωｔ） …（１） で表される電圧を印加すると（ただしV1は電圧の瞬時
値、ωは角周波数、ｔは時間）駆動体３は円周方向に曲
げ振動をする。
作を以下に説明する。前記圧電体２の電極群Ａに Ｖ＝V1×sin（ωｔ） …（１） で表される電圧を印加すると（ただしV1は電圧の瞬時
値、ωは角周波数、ｔは時間）駆動体３は円周方向に曲
げ振動をする。
第５図は第３図の超音波モータの駆動体を直線近似した
時の斜視図であり、同図（ａ）は圧電体２に電圧を印加
していない時、同図（ｂ）は圧電体２に電圧を印加した
時の様子を示す。
時の斜視図であり、同図（ａ）は圧電体２に電圧を印加
していない時、同図（ｂ）は圧電体２に電圧を印加した
時の様子を示す。
一般に進行波は振幅をξとすれば ξ＝ξ１×cos（ωｔ−kx） …（２） ただし ξ1:波の大きさの瞬時値 k:波数（２π／λ） λ：波長 x:位置 で表せる。（２）式は ξ＝ξ１×（cos（ωｔ）×cos（kx） ＋sin（ωｔ）×sin（kx）） …（３） と書き直せ、（３）式は進行波が時間的にπ/2だけ位相
のずれた波がcos（ωｔ）とsin（ωｔ）、および位置的
にπ/2だけ位相のずれたcos（kx）とsin（kx）との、そ
れぞれの積の和で得られることを示している。前述の説
明により、圧電体２は互いに位置的にπ/2（＝λ/4）だ
け位相のずれた電極群Ａ、Ｂを持っているので、駆動体
３の共振周波数に近傍の周波数出力を持つ発振器の出力
から、それぞれに時間的に位相のπ/2だけずれた交流電
圧を作り、それぞれ電極群Ａ、Ｂに印加すれば駆動体３
に曲げ振動の進行波を作れる。
のずれた波がcos（ωｔ）とsin（ωｔ）、および位置的
にπ/2だけ位相のずれたcos（kx）とsin（kx）との、そ
れぞれの積の和で得られることを示している。前述の説
明により、圧電体２は互いに位置的にπ/2（＝λ/4）だ
け位相のずれた電極群Ａ、Ｂを持っているので、駆動体
３の共振周波数に近傍の周波数出力を持つ発振器の出力
から、それぞれに時間的に位相のπ/2だけずれた交流電
圧を作り、それぞれ電極群Ａ、Ｂに印加すれば駆動体３
に曲げ振動の進行波を作れる。
第６図は進行波の励起によって、駆動体の表面の質点Ａ
が長軸2w、短軸2uの楕円運動をしている様子を示し、駆
動体３上に置かれた移動体６が楕円の頂点で接触するこ
とにより、波の進行方向とは逆方向にｖ＝ω×ｕの速度
で運動する様子を示している。即ち移動体６は任意の静
圧で駆動体３に押し付けられて、駆動体３の表面に接触
し、移動体６と駆動体３との摩擦力で波の進行方向と逆
方向に速度ｖで駆動される。両者の間にすべりがある時
は、速度が上記のｖよりも小さくなる。
が長軸2w、短軸2uの楕円運動をしている様子を示し、駆
動体３上に置かれた移動体６が楕円の頂点で接触するこ
とにより、波の進行方向とは逆方向にｖ＝ω×ｕの速度
で運動する様子を示している。即ち移動体６は任意の静
圧で駆動体３に押し付けられて、駆動体３の表面に接触
し、移動体６と駆動体３との摩擦力で波の進行方向と逆
方向に速度ｖで駆動される。両者の間にすべりがある時
は、速度が上記のｖよりも小さくなる。
発明が解決しようとする問題点 以上、説明した様に、従来の超音波モータに用いられて
いる圧電体は、その円環面の１波長相当分が駆動面とし
て利用されていないので、超音波モータの出力が小さい
いう欠点がある。この欠点は、駆動体に励起する波数が
少ないほど顕著になる。
いる圧電体は、その円環面の１波長相当分が駆動面とし
て利用されていないので、超音波モータの出力が小さい
いう欠点がある。この欠点は、駆動体に励起する波数が
少ないほど顕著になる。
本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、圧電体面の
利用効率の大きい電極構造を取ることにより、出力の大
きい超音波モータを提供することを目的としている。
利用効率の大きい電極構造を取ることにより、出力の大
きい超音波モータを提供することを目的としている。
問題点を解決するための手段 圧電体として、互いに位置的に４分の１波長だけ位相が
異なり、それぞれが２分の１波長相当の電極と４分の１
波長相当の電極からなる２つの電極群を２つの駆動電極
として有する圧電体を用いる。
異なり、それぞれが２分の１波長相当の電極と４分の１
波長相当の電極からなる２つの電極群を２つの駆動電極
として有する圧電体を用いる。
作 用 圧電体面の利用効率の大きい駆動電極構造を取ることに
より、電気入力を大きくなり機械出力を大きくすること
ができる。
より、電気入力を大きくなり機械出力を大きくすること
ができる。
実施例 以下、図面に従って本発明の一実施例について詳細な説
明を行う。
明を行う。
第１図は本発明の１実施例の超音波モータ用圧電体の平
面図である。同図において、７は圧電体であり、裏面は
ベタ電極であり、表面は２つの大きさの小電極を有す
る。８は、４分の１波長相当の小電極、９は２分の１波
長相当の周方向長さを持つ小電極である。同図の実施例
では、駆動体の周方向に９波長の波を乗せるようにして
いるので、４波長相当分は２分の１波長相当の小電極８
で構成し、２分の１波長相当分は４分の１波長相当の小
電極９で構成した２つの電極群Ｅ、Ｆを持っている。
面図である。同図において、７は圧電体であり、裏面は
ベタ電極であり、表面は２つの大きさの小電極を有す
る。８は、４分の１波長相当の小電極、９は２分の１波
長相当の周方向長さを持つ小電極である。同図の実施例
では、駆動体の周方向に９波長の波を乗せるようにして
いるので、４波長相当分は２分の１波長相当の小電極８
で構成し、２分の１波長相当分は４分の１波長相当の小
電極９で構成した２つの電極群Ｅ、Ｆを持っている。
一般に、２つの電極群は、それぞれ次の様にして構成す
る。駆動体の周方向に2n波長の波を乗せる時は、（ｎ−
0.5）波長相当分は２分の１波長相当の小電極で構成
し、２分の１波長相当分は４分の１波長相当の小電極で
構成する。また、駆動体の周方向に（2n＋１）波長の波
を乗せる時は、ｎ波長相当分は２分の１波長相当の小電
極で構成し、２分の１波長相当分は４分の１波長相当の
小電極で構成する。
る。駆動体の周方向に2n波長の波を乗せる時は、（ｎ−
0.5）波長相当分は２分の１波長相当の小電極で構成
し、２分の１波長相当分は４分の１波長相当の小電極で
構成する。また、駆動体の周方向に（2n＋１）波長の波
を乗せる時は、ｎ波長相当分は２分の１波長相当の小電
極で構成し、２分の１波長相当分は４分の１波長相当の
小電極で構成する。
この様に構成された電極群Ｅ、Ｆは、使用時には第１図
に示すように、それぞれ小電極を短絡して用いられる。
この圧電体７で駆動体を構成して、電極群Ｅ、Ｆは互い
に４分の１波長だけ位置的に位相がずれているので、そ
れぞれ90度だけ時間的に位相が異なった交流電圧を印加
すれば、駆動体に弾性進行波を励起できる。同図中の
Ｏ、Ｘは分極の向きを示しており、お互いに紙面に垂直
で向きが反対である。
に示すように、それぞれ小電極を短絡して用いられる。
この圧電体７で駆動体を構成して、電極群Ｅ、Ｆは互い
に４分の１波長だけ位置的に位相がずれているので、そ
れぞれ90度だけ時間的に位相が異なった交流電圧を印加
すれば、駆動体に弾性進行波を励起できる。同図中の
Ｏ、Ｘは分極の向きを示しており、お互いに紙面に垂直
で向きが反対である。
第２図は従来の電極構造を持った圧電体を使用した時
と、上記に述べた電極構造を持った圧電体を使用した時
の、超音波モータのモータ特性である。
と、上記に述べた電極構造を持った圧電体を使用した時
の、超音波モータのモータ特性である。
発明の効果 本発明によれば、圧電体のほぼ全面を駆動できるので、
機械出力の大きな超音波モータを提供できる。
機械出力の大きな超音波モータを提供できる。
第１図は本発明の一実施例の超音波モータ用圧電体の平
面図、第２図は従来および本実施例の超音波モータのモ
ータ特性図、第３図は従来の超音波モータの斜視図、第
４図は第３図に用いられている圧電体の形状と電極構造
を示す平面図、第５図は超音波モータの駆動体部の振動
状態を示すモデル図、第６図は超音波モータの原理の説
明図である。 ７……圧電体、８……小電極、９……小電極、Ｅ、Ｆ…
…電極群。
面図、第２図は従来および本実施例の超音波モータのモ
ータ特性図、第３図は従来の超音波モータの斜視図、第
４図は第３図に用いられている圧電体の形状と電極構造
を示す平面図、第５図は超音波モータの駆動体部の振動
状態を示すモデル図、第６図は超音波モータの原理の説
明図である。 ７……圧電体、８……小電極、９……小電極、Ｅ、Ｆ…
…電極群。
Claims (1)
- 【請求項１】弾性体と圧電体とから成る駆動体に弾性進
行波を励振することにより、上記駆動体上に接触して設
置された移動体を移動させる超音波モータにおいて、上
記圧電体として、互いに位置的に４分の１波長だけ位相
が異なり、それぞれが２分の１波長相当の電極と４分の
１波長相当の電極からなる２つの電極群を２つの駆動電
極として有する圧電体を用いることを特徴とする超音波
モータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61256040A JPH0744855B2 (ja) | 1986-10-28 | 1986-10-28 | 超音波モ−タ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61256040A JPH0744855B2 (ja) | 1986-10-28 | 1986-10-28 | 超音波モ−タ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63110969A JPS63110969A (ja) | 1988-05-16 |
| JPH0744855B2 true JPH0744855B2 (ja) | 1995-05-15 |
Family
ID=17287075
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61256040A Expired - Lifetime JPH0744855B2 (ja) | 1986-10-28 | 1986-10-28 | 超音波モ−タ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0744855B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2982166B2 (ja) * | 1989-02-03 | 1999-11-22 | ソニー株式会社 | 超音波モータ |
-
1986
- 1986-10-28 JP JP61256040A patent/JPH0744855B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63110969A (ja) | 1988-05-16 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |