JPS62244284A - 超音波モ−タ - Google Patents
超音波モ−タInfo
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- JPS62244284A JPS62244284A JP61088545A JP8854586A JPS62244284A JP S62244284 A JPS62244284 A JP S62244284A JP 61088545 A JP61088545 A JP 61088545A JP 8854586 A JP8854586 A JP 8854586A JP S62244284 A JPS62244284 A JP S62244284A
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- Japan
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- electrodes
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Links
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 5
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 5
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical compound [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 5
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
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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
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
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４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３と接触している。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３と接触している。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５図は第４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である。同図において
、ＡｌＢはそれぞれ２分の１波長相当の小領域から成る
電極で、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。
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である。同図において
、ＡｌＢはそれぞれ２分の１波長相当の小領域から成る
電極で、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の電極とＢの電極とは位置的に４分の１波長
（＝９０度）の位相ずれがある。電極Ａ１Ｂ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。
（＝９０度）の位相ずれがある。電極Ａ１Ｂ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５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５図に斜線で示されたように
、それぞれ短絡して用いられる。
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５図に斜線で示されたように
、それぞれ短絡して用いられる。
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Ａに Ｌ−Ｖｔ ｘｓｉｎ（ｃｃ＞ｔ） −
−−（１）で表される電圧を印加すると（ただしｖｌは
電圧の瞬時値、ωは角周波数、ｔは時間）、駆動体３は
円周方向に曲げ撮動をする。
作を以下に説明する。前記圧電体２の電極Ａに Ｌ−Ｖｔ ｘｓｉｎ（ｃｃ＞ｔ） −
−−（１）で表される電圧を印加すると（ただしｖｌは
電圧の瞬時値、ωは角周波数、ｔは時間）、駆動体３は
円周方向に曲げ撮動をする。
第６図は第４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。
第７図は移動体６と駆動体３の接触状況を拡大して描い
たものである。前記圧電体２の電ｆｉＡにＶｌ ｘｓｉ
ｎ（ωｔ）、他の電極ＢにＶｌ ｘｃｏｓ（ωｔ）の互
いに位相がπ／２だけずれた電圧を印加すれば、駆動体
３の円周方向に曲げ振動の進行波を作ることができる。
たものである。前記圧電体２の電ｆｉＡにＶｌ ｘｓｉ
ｎ（ωｔ）、他の電極ＢにＶｌ ｘｃｏｓ（ωｔ）の互
いに位相がπ／２だけずれた電圧を印加すれば、駆動体
３の円周方向に曲げ振動の進行波を作ることができる。
一般に進行波は振幅をξとすればξ−ξｔ ｘｃｏｓ（
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 ξ８ξ１×（ＣＯ５（ωｔ）×Ｃ０９（ｋｘ）＋５ｉｎ
（ωｔ）ｘｓｉｎ（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ｃｏｓ（ωｔ）と５ｉｎ（ωｔ）、および位置的
にπ／２だけ位相のずれたｃｏｓ（ｋｘ）と５ｉｎ（ｋ
Ｘ）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Ａ１Ｂを持ってい
るので、駆動体３の共振周波数に等しい周波数出力を持
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、前記電、極群に印加すれば
駆動体３に曲げ振動の進行波を作れる。
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 ξ８ξ１×（ＣＯ５（ωｔ）×Ｃ０９（ｋｘ）＋５ｉｎ
（ωｔ）ｘｓｉｎ（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ｃｏｓ（ωｔ）と５ｉｎ（ωｔ）、および位置的
にπ／２だけ位相のずれたｃｏｓ（ｋｘ）と５ｉｎ（ｋ
Ｘ）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Ａ１Ｂを持ってい
るので、駆動体３の共振周波数に等しい周波数出力を持
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、前記電、極群に印加すれば
駆動体３に曲げ振動の進行波を作れる。
第７図は駆動体のＡ点が進行波の励起によって、長軸２
Ｗ、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、
速度が上記のりよりも小さくなる。
Ｗ、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、
速度が上記のりよりも小さくなる。
発明が解決しようとする間圧点
以上、説明した様に従来の超音波モータは、駆動信号と
して時間的に位相がπ／２だけ異なる２つの交流電圧が
必要である。
して時間的に位相がπ／２だけ異なる２つの交流電圧が
必要である。
駆動龜２信号を必要とする従来の超音波モータでは、本
質的に駆動回路が本質的に複雑になり、また電気信号印
加のための圧電セラミックの電極から取り出すリード線
も最低３本になる。
質的に駆動回路が本質的に複雑になり、また電気信号印
加のための圧電セラミックの電極から取り出すリード線
も最低３本になる。
本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、１つの交流
信舟のみで駆動ができる超音波モータを提供することを
目的としている。
信舟のみで駆動ができる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
駆動体を構成する圧電体の電極として、少なくとも交流
信号電圧の印加により駆動する第一の電極と、信号を外
部より印加しない第二の電極とを有する。
信号電圧の印加により駆動する第一の電極と、信号を外
部より印加しない第二の電極とを有する。
作 用
第−の電極を交流信号電圧により駆動して駆動体に第一
の定在波を励振すると、該定在波により第二の電極に励
起された電荷により、該定在波と時間的および位置的に
ほぼ９０度位相のずれた第二の定在波が励振され、両波
により弾性進行波が形成される。
の定在波を励振すると、該定在波により第二の電極に励
起された電荷により、該定在波と時間的および位置的に
ほぼ９０度位相のずれた第二の定在波が励振され、両波
により弾性進行波が形成される。
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図は本発明の一実施例の超音波モータの駆動体を構
成する圧電体の平面図である。同図において、７は圧電
体であり、両面に電極材されている。Ｅは円周方向の長
さが２分の１波長よりわずかに短い小電極から成る第一
の電極で、駆動体の共振周波数近傍の交流信号電圧を印
加する。電極Ｅの小電極の分極方向と印加電圧の方向は
、同方向と逆方向とが交互になるようにする。同図では
、隣り合う小電極部の分極方向を逆にして、互いに短絡
して駆動をしている。Ｆは電極Ｅと４分の１波長だけ位
置的に位相のずれた、円周方向の長さが２分の１波長の
平面内に非対称に設置された、円周方向の長さが２分の
１波長未満の小電極から成る第二の電極である。本実施
例では小電極の長さは４分の１波長よりわずかに短くし
ている。同図では、電極Ｅの駆動により励振した定在波
により、電極Ｆの小電極に誘起される電荷が隣り合った
小電極で同極性になるように、隣り合った小電極部では
分極の方向を逆にして、互いに短絡して使用しているが
、隣り合った小電極部の分極方向を同じにして開放で使
用することもできる。電極ＧとＨは、それぞれ円周方向
の長さが４分の３波長、および４分の１波長にしており
、電極ＥとＦとの位置的位相差が４分の１波長になるよ
うにとっている。即ち電極ＧとＨは省略してもよい。圧
電体７の裏面はベタ電極である。以上説明したような圧
電体の裏面を弾性体に貼合せることにより駆動体を構成
する。
成する圧電体の平面図である。同図において、７は圧電
体であり、両面に電極材されている。Ｅは円周方向の長
さが２分の１波長よりわずかに短い小電極から成る第一
の電極で、駆動体の共振周波数近傍の交流信号電圧を印
加する。電極Ｅの小電極の分極方向と印加電圧の方向は
、同方向と逆方向とが交互になるようにする。同図では
、隣り合う小電極部の分極方向を逆にして、互いに短絡
して駆動をしている。Ｆは電極Ｅと４分の１波長だけ位
置的に位相のずれた、円周方向の長さが２分の１波長の
平面内に非対称に設置された、円周方向の長さが２分の
１波長未満の小電極から成る第二の電極である。本実施
例では小電極の長さは４分の１波長よりわずかに短くし
ている。同図では、電極Ｅの駆動により励振した定在波
により、電極Ｆの小電極に誘起される電荷が隣り合った
小電極で同極性になるように、隣り合った小電極部では
分極の方向を逆にして、互いに短絡して使用しているが
、隣り合った小電極部の分極方向を同じにして開放で使
用することもできる。電極ＧとＨは、それぞれ円周方向
の長さが４分の３波長、および４分の１波長にしており
、電極ＥとＦとの位置的位相差が４分の１波長になるよ
うにとっている。即ち電極ＧとＨは省略してもよい。圧
電体７の裏面はベタ電極である。以上説明したような圧
電体の裏面を弾性体に貼合せることにより駆動体を構成
する。
第２図は、第１図の圧電体を用いた駆動体の動作説明図
である。同図（ａ）は、電極Ｅから取り出したリード線
８に駆動体の共振周波数近傍の交流信号電圧Ｖｔを印加
した時に、駆動体に曲げ振動の定在波９が励振されてい
る様子を示している。従来の電極構造では第２の電極は
第１の電極と同じで、その位置だけが４分の１波長ずれ
ていたので、第１の電極によって励振された定在波によ
って第２の電極に励起される電荷は０である。
である。同図（ａ）は、電極Ｅから取り出したリード線
８に駆動体の共振周波数近傍の交流信号電圧Ｖｔを印加
した時に、駆動体に曲げ振動の定在波９が励振されてい
る様子を示している。従来の電極構造では第２の電極は
第１の電極と同じで、その位置だけが４分の１波長ずれ
ていたので、第１の電極によって励振された定在波によ
って第２の電極に励起される電荷は０である。
しかし、本実施例では同図（ｂ）に示すように、電極Ｅ
により励振された定在波９が、電極Ｆに電荷を誘起して
、その結果定在波８と位置的に４分の１波長、時間的に
π／２位相の異なる定在波１１を励振することができる
。ただし、電極Ｆから取り出したリード線１０は開放状
態である。同図（ｃ）は、第１図の圧電体により構成さ
れた駆動体の一部を直線化したモデル図である。電極Ｅ
と電極Ｆの各部の分極方向と、各位置関係を示している
。
により励振された定在波９が、電極Ｆに電荷を誘起して
、その結果定在波８と位置的に４分の１波長、時間的に
π／２位相の異なる定在波１１を励振することができる
。ただし、電極Ｆから取り出したリード線１０は開放状
態である。同図（ｃ）は、第１図の圧電体により構成さ
れた駆動体の一部を直線化したモデル図である。電極Ｅ
と電極Ｆの各部の分極方向と、各位置関係を示している
。
第３図は、第１図の圧電体を用いた駆動体の等価回路で
ある。同図において％ Ｃ１、ＣＱはそれぞれリード線
８．１０からみた電気容量、Ｔ□、Ｔ２は電極ＥＸＦに
よる電気−機械変換のトランス、Ｚｍは駆動体の機械イ
ンピーダンス、Ｚｌは駆動体に接触して設置された移動
体の駆動体よりみた機械インピーダンスである。同図よ
り、交流信号電圧Ｖ１によりトランスＴ１を介して駆動
体に定在波９が励振でき、定在波９によりトランスＴ２
を介して電極Ｆに電荷が誘起され、リード線１０を開放
しておけば時間的にπ／２位相の異なる電圧が誘起する
。電極ＥとＦは互いに４分の１波長位置的に位相がずれ
ているので、（３）式より駆動体内に弾性進行波をつく
ることができる。
ある。同図において％ Ｃ１、ＣＱはそれぞれリード線
８．１０からみた電気容量、Ｔ□、Ｔ２は電極ＥＸＦに
よる電気−機械変換のトランス、Ｚｍは駆動体の機械イ
ンピーダンス、Ｚｌは駆動体に接触して設置された移動
体の駆動体よりみた機械インピーダンスである。同図よ
り、交流信号電圧Ｖ１によりトランスＴ１を介して駆動
体に定在波９が励振でき、定在波９によりトランスＴ２
を介して電極Ｆに電荷が誘起され、リード線１０を開放
しておけば時間的にπ／２位相の異なる電圧が誘起する
。電極ＥとＦは互いに４分の１波長位置的に位相がずれ
ているので、（３）式より駆動体内に弾性進行波をつく
ることができる。
発明の効果
本発明によれば１つの交流信号電圧のみで駆動体内に弾
性進行波を励振できるので、駆動回路が簡単になり、取
り出すリード線も２本ですむ。
性進行波を励振できるので、駆動回路が簡単になり、取
り出すリード線も２本ですむ。
第１図は本発明の一実施例の超音波モータの駆動体を構
成する圧電体の平面図、第２図は第１図の圧電体を用い
た駆動体の動作説明図、第３図は第２図の駆動体の等価
回路図、第４図は従来の超音波モータの斜視図、第５図
は第４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６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７図は超音波モータの原理の説明図
である。 ７・・・・・・圧電体、８，１０・・・・・・リード線
、９．１１・・・・・・定在波、Ｅ、Ｆ・・・・・・電
極。 代理人の氏名 弁理士 中尾敏男 ほか１名第１図 Ｆ第２の電極 第２図 寸 ａ） −〜−へ
成する圧電体の平面図、第２図は第１図の圧電体を用い
た駆動体の動作説明図、第３図は第２図の駆動体の等価
回路図、第４図は従来の超音波モータの斜視図、第５図
は第４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６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７図は超音波モータの原理の説明図
である。 ７・・・・・・圧電体、８，１０・・・・・・リード線
、９．１１・・・・・・定在波、Ｅ、Ｆ・・・・・・電
極。 代理人の氏名 弁理士 中尾敏男 ほか１名第１図 Ｆ第２の電極 第２図 寸 ａ） −〜−へ
Claims (2)
- （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、上記圧電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、前記圧電
体の電極として、少なくとも交流信号電圧の印加により
駆動する第一の電極と、信号を外部より印加しない第二
の電極とを有することを特徴とする超音波モータ。 - （２）第一の電極が、それぞれ圧電体面上の長さが２分
の１波長の平面に配された、長さが２分の１波長以下の
少なくとも１つ以上の小電極より成り、第二の電極が、
前記第一の電極と４分の１波長だけ位置的に位相の異る
、長さが２分の１波長の平面内に、非対称に設置された
、その長さが２分の１波長未満の少なくとも１つ以上の
小電極より成ることを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の超音波モータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61088545A JPH0732609B2 (ja) | 1986-04-17 | 1986-04-17 | 超音波モ−タ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61088545A JPH0732609B2 (ja) | 1986-04-17 | 1986-04-17 | 超音波モ−タ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62244284A true JPS62244284A (ja) | 1987-10-24 |
| JPH0732609B2 JPH0732609B2 (ja) | 1995-04-10 |
Family
ID=13945820
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61088545A Expired - Lifetime JPH0732609B2 (ja) | 1986-04-17 | 1986-04-17 | 超音波モ−タ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0732609B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5247221A (en) * | 1988-10-21 | 1993-09-21 | Canon Kabushiki Kaisha | Vibration wave driven actuator |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59204481A (ja) * | 1983-05-09 | 1984-11-19 | Nippon Kogaku Kk <Nikon> | 超音波モーターの駆動制御装置 |
-
1986
- 1986-04-17 JP JP61088545A patent/JPH0732609B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59204481A (ja) * | 1983-05-09 | 1984-11-19 | Nippon Kogaku Kk <Nikon> | 超音波モーターの駆動制御装置 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5247221A (en) * | 1988-10-21 | 1993-09-21 | Canon Kabushiki Kaisha | Vibration wave driven actuator |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0732609B2 (ja) | 1995-04-10 |
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