JPS60245482A

JPS60245482A - 超音波振動を利用した表面波モ−タ−

Info

Publication number: JPS60245482A
Application number: JP59100116A
Authority: JP
Inventors: Tadao Takagi; 忠雄高木; Takeshi Utagawa; 健歌川
Original assignee: Nikon Corp; Nippon Kogaku KK
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1984-05-18
Filing date: 1984-05-18
Publication date: 1985-12-05
Anticipated expiration: 2009-11-02
Also published as: JPH0687671B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（発明の技術分野）大発明は、弾性体と、該弾性体を励振させる圧゛重体と
奢イ（する超音波振動を利用した表面波モーターに関す
る。

（発明の背ＪＡ　）このような表面波モーターの原理を第４図〜第９図に基
づいて説明する。

第４図はリニア型の表面波モーターの原理を説明するた
めのＶであり１弾性体（１）を励振させて、その表面に
表面波（波長を入どオる）を生しさせた状態を示してい
る。

第４図において１表面波の進イｒ方向（Ｎ　’）とし、
表面波の１つの山の１口点（Ａ）の伺近の才１“１了の
運動に着目すると、その運動は第４１Ｎにｉ■＼すよう
な楕円運動の軌跡を描いており、駆動の方向は弾性体（
１）の表面において表面波の進行方向（Ｎ）と逆の方向
になる。

したかって、この弾性体（１）の表面？皮の生じている
部分に動体（２）を圧接させると、動体（２）は表面波
の進行方向（Ｎ）と逆の方向（Ｍ）に移動する。

これかリニア型表面波モーターの基本的な原理である。

次に、第５図に基づいて回転夕（表面波モーターのノ、
（末的な原理を説明する。

第５図において、リンク状の夕）１性体（１０）の表面
（１０ａ）にＮ方向に進行する表面波を生しさせ、表面
（ｌｏａ）にリング状の動体（以下、ローターと呼ぶ）
　（２０）を圧接させると、ローター（２０）はＭ方向
に回動する。

次に、第４図にｉＩ＜すリニア型表面波モーターにおい
て、表面波を発生させる為に弾性体（１）を励振させる
方法を第６図（ａ）〜第６図（ｃ）に基ついて説明する
。

第６　ｐＡ　（ａ）　−第６図（Ｃ）において、弾性体
（１）に圧’Ｉ’ｌ！、休（３）か導電性をイアする導
電接着剤で接着がれ、圧電体（３）の中央部（３ａ）は
圧電体（３）の両側部（３ｂ）　、　（３ｃ）とは逆方
向に分極されている。この分極方向が矢印で示されてい
る。圧電体（３）の面（３ｄ）、（３ｅ）にはそれぞれ
゛電極か全面に焼成されており、１ｆｆｉ（３ｅ）は前
記導電接着剤を介してグランドに革されている。

第６図（ａ）に示すように、圧電体（３）の面（３ｄ）
をオープン状態にする（面（３ｄ）に電圧を印加しない
）か、あるいは面（３ｅ）と同゛屯佼のグランドに落し
た場合には、圧電体（３）に伸縮か起らないため、弾性
体（１）は平面形状のままである。

第６図（ｂ）に示すように、面（３ｄ）の負の電圧を印
加すると、分極方向の違いにより圧′重体（３）の中央
部（３ａ）は長手方向に縮み、両側部（３ｂ）、（３Ｃ
’）は長り方向に仲ひる。この時、弾性体（１）は圧電
体（３）の伸縮に逆らっ−Ｃ第６図（ａ）の状態の長手
方向の長さを保とうとする為、圧電体（３）と弾性体（
１）とが第６図（ｂ）に示すように屈曲する。

第６図（ｃ）に乃くずように、而（３ｄ）に止の電圧を
印加すると、第６図（ｂ）に示す形状とは逆に屈曲する
。

したかって、圧電体（３）の而（３ｄ）に正弦波電圧を
印加すると、弾性体（１）は屈曲運動をする。

次に、第６図（ａ）〜第６図（ｃ）を使って説明した弾
性体（１）の励振方法を回転型表面波モーターのリング
状弾性体に適用した場合を第７１：Ａ−第９図に基づい
て説明する。第７図は表面波モーターの正面図を示し、
第８図は第７図の■−品矢視断ｎ図を小し、第９図は第
７図の背面図を示す。

リーク状の弾性体（１０）に導電接着剤で接着されタリ
ンク状の圧電体（３０）（７）面（３０ａ）は弾Ｐｊ体
（１０）を介してグランドに落されている。

、１１：゛酸体（３０）の面（３０ｂ）には４つのセグ
メンｌ−’電極（４ａ）〜（４ｄ）が焼成されており、
かつ第６図（ａ）〜第６図（Ｃ）の矢印を先端側から見
た先端部表示（Ｔ＞　と後端側から見た後端部表示（Ｂ
）とで示すように、電極（４ｂ）Ｔ−の圧電体部分と電
極（４ａ）、（４ｃ）ドの圧′重体部分とは逆方向に分
極されている。

セグメント電極（４ａ）〜（４Ｃ）に正弦波電圧を印加
すると弾性体（１０）か屈曲運動を起こし、第７図に示
すように励振源（ＩＯｂ）から表面波が伝播する。

しかしなから、この表面波は励振源（ｊｏｂ）から同時
に弾性体（１０）の両方向に伝播してゆく為、互いに干
渉し合い、定常波になってしまう。このため、弾性体（
１０）にローター（２０）を圧接しても、ロークー（２
０）は回動されない。

したかって、ロークー（２０）を回動させる為には、す
７り状の弾性体（１０）を一方向に伝播する表面波（ａ
性液）を発生させる工夫が必要である。

次に１本件出願人が提案した表面波モーターを説明する
。

表面波モーターとしては、例えは第１０図〜第１３図に
ボすような回転型の表面波モーターがある。第１０図は
表面波モーターの斜四図を示し、第１１図は第１０図の
圧電体の正面図を示す。

第１０１：Ａ、第１１図において、リンク状の圧電体（
３０）とリング状の弾性体（１０）とは導゛屯接着剤で
接着され、ローター（２０）は不図示の機構によって弾
性体（１０）に圧接されている。

圧電体（３０）の面（３ｏｂ）には電気的にそれぞれ独
立したセグメント電極（４０ａ）〜（４０ｎ）か焼成さ
れ、セグメント電極（４Ｏａ）は導電接着剤（４２）に
よって弾性体（ｌＯ）に電気的に接続されている。した
がって、導電接着剤によって弾性体（１０）と接着した
圧電体（３０）に焼成された電極（４１）全体か、りｉ
性体（１０）　、導電接着剤（４２）およびセグメント
電極（４０ａ）を介してグランドに落されている。

セグメント電極（４０ｂ）〜（４０ｇ）および（４０ｉ
）〜（４０＋１）のトの各圧電体部分は　ｒｉｉ＞記先
端部表示（Ｔ）と後端；？ｌｉ表ボ（Ｂ）とで示すよう
に　交／ｌに逆方向に分極さねている。

このように圧′重体（３０）を分極した後に、セグメ７
１・’−［Ｍｉ　（４０ｂ）−（４［］ｇ）　カ導ｒｔ
！Ｉ　ｔａ着剤（４３）＋コ、ｅって電気的に接ワ゛１
】されるとともに、セフメン）・電極（４０ｉ）〜（４
０ｎ）か４電接着剤（４４）によって電気的に接や、Ｉ
ｏじされている。

また電極（４Ｏａ）は表ｍＩ波の波長　（入）の３／′
４のＬえさに、Ｉ電極（４０ｈ’）はｉｍ　Ｌ父　（入
）の１／４の長ｙに、−ｔｉ　ｈｉ　（４ｏｂ）　−（
４０ｇ）および（４０ｉ）　〜（４０ｎ）は各々波＆（
入）の１／２の長さにそれぞれ相当している。

そして、セグメント電極（４０ｂ）〜（４ｏｇ）に正弦
波’７１ｉ月−（ｖｌ）を印加するとともに、セグメン
ト電極（４０ｉ）　〜（４０ｎ）に１１圧（ｖｌ）に対
してπ／′２の位相差をイＪする１［−弦波電圧（ｖ２
）を印加すると、各電極（４ｏｂ）−（４０ｇ）および
（４０ｉ）　−（４０ｎ）　（７）　’Ｆ’　ｃ７）圧
′重体部分が伸縮して、リング状の弾性体（１０）に一
方向に伝播する表面波（ａ打波）か生しる様な屈曲振動
が起こり、ローター（２０）か回動する。

このローター（２０）の回動方向は、電圧（ｖｌ）に対
する電圧（ｖ２）の位相を？ｒ／２進めるか、π／２遅
らせるかによって沙まる。

次に、４記表面波モーターにおいて、１ｊｌｌ＋振１こ
よって波が発）［シ、進行してゆく様−ｒを第１２１図
。

第１３図（ａ）〜第１３ｒａ（ｃ）に基ついて説明する
。

第１２図は、第１１図をセグメントｔし極（４０ａ）と
（４ｏｂ）との間で切って、便宜１：直線状に展開した
図である。

第１３図（ａ）〜第１３図（ｃ）は１図の左側で−＼ク
トル表示された正弦波電圧（Ｖｌ）、（Ｖ２）か印加さ
れた蒔に、圧電体（３０）および弾性体（ｌＯ）が屈曲
する様子を示した波形［４で、横軸方向の位置は第１２
図の各電極（４０ａ）−（４０ｎ）のイ）装置に対応し
−Ｃいる。また、前記ベクトル表示において、横細１方
向成分は天効伯を表わしており、右方向か正の′屯イ☆
、左方向が負の電位を表わしている。

第１３図（ａ）〜第１３図（Ｃ）において、波形部（η
Ｉ）は、電極（４０ｂ）〜（４０ｇ）の手の圧′電体ｆ
イＢ分およびｌｙＹ性体部体部分弦波電圧（ｖｌ）の印
加によって１肋振されて、屈曲した状）ｉ；を小１．で
おり、波形７ｉに（η１ｏ）は、波形部（η１）か位相
を変えずにそのまま伝播してゆく状態を示しており、波
形部（η、）は、電極（４０ｉ）　〜（４０ｎ）のトの
圧電体部分および弾に１体部分かｉＥ弦波電圧（ｖ２）
の印加によって１肋振されて、屈曲した状態をボしてお
り、波肘７ｊＢ　（ηｚｏ　）は、波形部Ｃη２）か位
相を変えずにそのまま伝播してゆく様子を、Ｉ＜シてい
る。

したかって、実際に弾性体（１０）の表面に生じる波形
は、波形部（ηＩ）と波形部（η？）との合成波となる
。

この現象を数式を用いて表わすと次のようになる。

第１３図（ａ）〜第１３図（Ｃ）において、長手方向を
Ｘとし、波形部（η１）、（η２）の振幅を共に　（η
０）、正弦波電圧（Ｖｌ）、（Ｖ２）の周波数を（ω。

）とすると、合成波　（η）は、η＝η１　＋ηノとなり、定常波とうしの和になる。さらに、１式を整Ｊ
甲すると、となり、定常波とうしの和か進行波になることが確認さ
れる。

しかしなから、このような表面波モーターにおいては、
電極（４０ｂ）〜（４ｏｇ）のトの′重圧体部分および
弾性体部分を含む第】励振領域（ＡＩ）において励振さ
れた波形部（η１）が、電極（４０ｉ）〜（４０ｎ）の
ｔ“の圧電体部分および弾性体部分を含む第２励振領域
（Ａ２）に減衰しながら波形部（η１．）のように伝播
して、第２励振領域（Ａ２）で励振された波形部（η２
）と合成され、逆に、波形部（η２）が減衰しながら波
形部　（ηｚｏ　）のように伝播して、波形部　（η１
）と合成されることによって、リング状の弾性体（１０
）に屈曲連動か起こるように構成されているので、前記
波形部（ηＩ）および（η、）か伝播の際に実際に合成
される２つの波の間には、必ず強弱か生じて駆動効率を
低−トさせてしまう欠点があった・（発明の目的）本発明は、Ｌ記問題点に着目して成されたもので、一方
の交流電圧によって１肋振される第１の励振部と他方の
交流型Ｆ１−によって励振される第２の励振部とを交カ
ーに、全周にわたって分布させることにより−Ｉ−記問
題点を解決し、駆動効率の良い表面波モーターを提供す
ることを目的とする。

（発明の概茨）かかる１・１的を達成するため、本発明においては、・
）？ｉ性体と、該弾性体を励振させる圧電体とを有する
超音波振動を利用した表面波モーターにおいて、表面波
の波長の１／４に相当する゛電極を隣接させて列状に配
した電極群を前記圧電体の表面に設け、隣接する２つの
電極の下に位置する前記圧電体の部分を１つの圧電ユニ
ットとしたときに隣接する該圧電ユニット同士な〃いに
逆方向に分極し、前記’ｉｔｚ　０１群の１つおきの電
極に第１の交流電圧を印加すると共に、残りの電極に該
第１の交流電圧に対しπ／２の位相差を有する第２の交
流電圧を印加して成る超音波振動を利用した表面波モー
ターとし、前記第１の交流電圧によって励振される第１
の励振部と前記第２の交流電圧によって励振される第２
の励振部とを交＋７’に全周にわたって分布させること
によって、各励振部で生じた波が伝播する際における減
衰の影響をほとんど受けないようにして、表面波モータ
ーの駆動効率を白土させるようにしたものである。

（実施例）以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。な
お、従来例と同様の部位には回−・符号を伺する。

第１Ｖ〜第３図は本発明の一実施例を示している。

第１図に示す一実施例に係る回転型の表面波モーターに
おいて、リング状の圧電体（３０）とリング状の弾性体
（１０）とは導電性接着剤で接着され、口　１−ター（
２０）は不図示の機構によって弾性体（１０）に圧接さ
れているという構成は、第１０図および第１１　ｔｅｌ
に小す従来の回転型の表面波モーターと同１７である。

第１０図を参照して第１図に示す回転型の表面波モータ
ーを以）説明する。

リング状の圧電体（３０）の面（３０ｂ）には、電気的
にそれぞれ独立し、夕１１状に配されたセグメント電極
（６ベ）、（６ａ）〜（６ｚ）から成る電極群が焼成さ
れており、セグメント電極シ極（６ｔ）は、第１０図に
示すセグメント電極（４０ａ）と同様に導電接７．剤（
４２）によって弾性体（１０）に゛電気的に接続されて
いる。したかって、導電性接着剤によって弾性体（１０
）と接着した圧ｉ（ｉ体（３０）の面（３０ａ）全体が
、弾性体（１０）　、導電接着剤（４２）およびセグメ
ント電極（６ｔ）を介してグランドにン茗されている。

セグメント電極（６ｃ１．）は表面波の波長　（入）の
１、／２の長さに相当している。

セグメント電極（６ａ）〜（６２）はそれぞれ波長（入
）の１／４の長さに相当している。

隣接する２つの電極（ｅａ）・（６ｂ）、（８ｃ）　φ
（Ｂｄ）−および（６ｙ）・（６２）のそれぞれを一単
位とし、各単位下の各圧゛セ体部分（圧電ユニット）が
交ｑに逆方向に分極されて配列されている。このように
圧電体（３０）が分極された分極方向がｉｊｊ期先端部
表示（Ｔ）と後端部表示（Ｂ）とでボされている。

第２図は第１図をセグメント電極（６ａ）と（６メ）と
の間で切って、便宜−１−：　１ｌｉ１線状に展開した
図であり、この第２図に示すように、゛電極群の各セグ
メンＩパ電極に・つおきに第１の正弦波電圧（ｖｌ）が
印加されているとともに、第１の正弦波電圧（ｖｌ）が
印加された各電極間の各セグメント電極に、第１の正弦
波電圧（Ｖｌ）に対しπ／２の位相差を石する第２の正
弦波電圧（ｖ２）が印加されている。

すなわち、各セグメント電極（１３ａ）　、　（６ｃ）
　、　（８ｅ）　。

（６ｇ）　、　（Ｂ　ｉ）、　（ｆｉｋ）　、　（６ｍ
）　、（６ｏ）、　（６ｑ）　、　（６ｓ）、　（［ｉ
ｕ）、　（６ｖ）および（６ｙ）には第１の正弦波電圧
（ｖｌ）が各セグメン　ト　ｉ（ｌし　（１３ｂ）　、
　（６ｄ）、　（６ｆ）、　（６ｈ）、　（Ｅｉ、ｉ）
　、　（６１）、　（６ｎ）　。

（８ｐ）、（８ｒ）、（（ｉｔ）、（６ｖ）、（ｅｇ）
および（６ｚ）には第２の正弦波電圧（ｖ２）がそれぞ
れ印加されている。

このようにして、第１の正弦波電圧（ｖｌ）によって励
振される第１の励振部と第２の正弦波電圧（ｖ２）によ
って１１Ｉ力振される第２０ｂｉＪ白絃部とか交り一に
、リンク法のハ、′重体（３０）の全周にわたって分布
され−Ｃいる。

次に、［記構成を石する回転型の表面波モーターの動作
を、第３図（ａ）〜第３ド（ｃ）を用いて説Ｉ！月する
。

第３図（ａ　）　〜ｐ　３図（ｅ）は、第１３図（ａ）
　〜第Ｊ、　３　ＩＮ　（ｃ）ど同様の図であり、図の
左側でベクトル表示された））−・弦波電圧（Ｖｌ）、
（Ｖ２）か印加された時に、リング状の圧ｌＷ体（３０
）および弾性体（１０）か屈曲する様子・を示した波形
図で、横１油方向の位置は第２図の各セグメント電極（
６仄）、（Ｅｉａ）〜（６Ｚ）の位置に対応しでいる。

また、前期−、クトル表小において、横４１１１方向成
分は実効値を表わしており、イ、方向が１１の７Ｂ　＜
＜ｌ、　、左方向か負の′屯位を表わしている。

第３図（ａ）〜第３１′Ａ（ｃ）において、波形部（−
Ｑ＋）＋オ各セグメント電極（６ａ）　、　（ｅｃ）　
、　（８ｅ）−（８■）および（６Ｙ）の下のＨ］’屯
体部体部分び弾性体部分か第１の正弦波電圧（ｖｌ）の
印加によって励振されて、　／ｉｉ：；曲りた状態を示
しており、波形部（η２）は、各セグメント電極（６ｂ
）、（）３ｄ）、（６ｆｌ＝　（８Ｋ）および　（６Ｚ
）の下の圧電体部分および弾性体部分か第２の十弦波電
圧（ｖ２）の印加によって励振されて、屈曲した状態を
示している。

第３図（ａ）に示すように、図の左側でペタ１ル表示さ
れた正弦波電圧（Ｖｌｌ）、（Ｖ２）か印加されると、
各セグメント電極（６ａ）　、　（ｅｃ）　、　（８ｅ
）−（６ｗ）および（６ｙ）の下の圧電体部分および弾
性体部分は、波形部（ηＩ）・・・で示すようにそれぞ
れ屈曲しようとしているのに対して、各セグメント電極
（８ｂ）、（６ｄ）。

（６ｆ）・・・（６Ｋ）および（６ｚ）の下の圧電体部
分および弾＋！１体部分は、波形部（η、）・・・でｉ
Ｊ＜すように平面状ｙＩ）ｌを保とうとしている。

ところが、圧電体（３０）および弾性体（１０）は１つ
のリングを形成したＩ！１１続体であるため、圧電体（
３０）および弾性体（１０）は、波形部　（ηｌ）と波
形部（η２）とが集合した複雑な形状にはならす、ＬＥ
弦波に近い形の合成波　（η）で示されるように屈曲す
る。

亡して、＋１弦波Ｉｋ圧（Ｖｌ）、　（Ｖ２）　カｗ　
、／　２　ニ位相、Ｘ−？保へなから、第３図（ａ）に
小才状態から第３［ズＩ　（ｃ）に小す状態へと時系夕
目的に変化し２てゆくのて、月゛重体Ｃ３０）およυ弾
性体（１０）の）ｉ＋’、凹状態が第３区（ａ）に＞ｌ
＼す状層；から第３図（ｃ）　ｉこ不才状態へと変化し
、弾性体（１０）の表面に第３図（ａ）の合成波　（η
）から第３図（ｃ）の合成波　（η）−と変化する進句
波が生Ｉ、ロー々−（２０）か回動される。

（発明の効’Ｆ　）本発明に係る表面波モーターによれは、第１の全流電＋
ｊ−Ｌこよって１ｒｉＪＪ　ｉ駅される第１のｉ６ｂ振
部と第２の交流市Ｊｆ、によって励振される第２の励振
部とを交ｌノに　全周にわたって分Ｉ＋＋　；！せたこ
とにより第１の励振部で１した波と第２の励振部で生し
た波とかはとんと減衰しない状ｆＬ、で合成、されるの
で、弾性体の屈曲連動か効率よく行なわれ、表面波モー
ターの駆動効率か向トする。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の一実施例を示しており、第１
図は−・実施例に係る回転型の表面波モーターの゛電極
構造等を示すｆ面図、第２図は、第１１４の１長間図、
第３図（ａ）〜第３図（Ｃ）は、図の左側でベクトル表
示された交流７ｆｔ圧（Ｖｌ）、（Ｖ２）か印加された
時に、弾性体等が屈曲する様子を示した波形図、第４図
〜第９図は表面波モーターの原理を示しており、第４図
はリニア型の表面波モーターの原理説明図、第５図は回
転型の表面波モーターの原理説明図、第６図（ａ）〜第
６図（ｃ）は、リニア型の表面波モーターにおけるりｉ
＋１体の励振方法を小才説明図、第７図〜第９図は、第
６図（ａ）〜第６閃（ｃ）で示した励振方法を回転型の
表面波モーターにそのまま適用した状態を示す説明図、
第１０図〜第１３図は表面波モーターを示しており、第
１０図は表面波モーターの斜視Ｖ、第１１図は表面波モ
ーターの電極構造等を示す中・面図。第１２図は第１１図の展開図、第１３図（ａ）〜第１３
図（ｃ）は、図の左側でベクトル表示された交流電圧（
ＶＩＬ（Ｖ２）が印加された時に、弾性体等が屈曲する
様子を示した波形図である。（ｖｌ）・・・第１の「Ｙ弦ｖ１．電圧（第１の文論電
圧）（ｖ２）・・第２のＩ■Ｆ弦波電川重力２の交流電
圧）（６ａ）〜（６２）・・・電極（セグメント゛電極
）（１０）・・・弾性体　（３０）・・・汁′）Ｅ体（
３０ｂ’）　用重体の表面（面）代理人ブ〒ＩＩＩ！士笹井浩毅第１図 η　（Ｔ’、　（Ｔ）截　′電　瀝第４Ｎ第５図第６図（ｂ）第７図一第８図第９図載　賊　派手続補正書（鮫）昭和５９年　７月２４日特許庁長官　志　賀　′″′７′　殿２　発明の名称　超音波振動を利用した表面波モーター
３、補丁をする名事件との関係　特許出願人住　所　東京都千代田区丸の内３丁目２番３号名　称　
（４１１）　Ｅｌ木光学工業株式会社４、代　理　人　
〒２２０住　所　神奈川県横浜市西区高島２丁目８番５号１次に
、日経マクロウヒル社発行の日経メカニカル＋９８３．
２．２８号等に開示されている表面波モーターを説明す
る。」に訂正する。

Claims

【特許請求の範囲】

つ１ｉ性体と、該弾性体を励振させるＪｊ′市体とをイ
ｊするａ音波振動を利用した表面波モーターにおいて、
表面波の波長のｌ／４に相当する電極を隣接させて列状
に配した電極群を前記圧電体の表面に設け、隣接する２
つの電極の一トに位ＩＩ￥ｊする前記圧゛毛体の部分を
１つの圧電ユニットとしたときに隣接する該圧電ユニ・
ント同」−を１いに逆方向に分極し、前記電極群の１つ
おきの電極に第１の交流′電圧を印加すると共に、残り
の’７Ｍ極に該第１の交流電圧に対しπ／２の位相差を
右する第２の交流電圧を印加して成る８音波振動を利用
した表面波モーター。