JPS63283479A - 超音波圧電モ−タ - Google Patents
超音波圧電モ−タInfo
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- JPS63283479A JPS63283479A JP62118366A JP11836687A JPS63283479A JP S63283479 A JPS63283479 A JP S63283479A JP 62118366 A JP62118366 A JP 62118366A JP 11836687 A JP11836687 A JP 11836687A JP S63283479 A JPS63283479 A JP S63283479A
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- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims abstract description 18
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 19
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 abstract description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 abstract 4
- 238000010030 laminating Methods 0.000 abstract 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N lead zirconate titanate Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ti+4].[Zr+4].[Pb+2] HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052451 lead zirconate titanate Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 1
- 125000006850 spacer group Chemical group 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
- H02N2/0005—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing non-specific motion; Details common to machines covered by H02N2/02 - H02N2/16
- H02N2/001—Driving devices, e.g. vibrators
- H02N2/0045—Driving devices, e.g. vibrators using longitudinal or radial modes combined with torsion or shear modes
-
- 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
- H02N2/106—Langevin motors
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
- H10N30/208—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using shear or torsion displacement, e.g. d15 type devices
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」
本発明は超音波@動子、特に縦捩れ超音波振動子をステ
ータとして用いた超音波圧電モータの改良に関するもの
である。
ータとして用いた超音波圧電モータの改良に関するもの
である。
「従来の技術」
縦捩れ超音波振動子をステータとして用いた圧電モータ
は、種々公知である。例えば特開昭55−145578
号には、第5図に示すよりに一端面に圧電素子at−貼
着した金属ブロックbの外周面に、多数条の傾斜スロッ
)cを形成し、該ブロックbの他端面に円環状駆動部d
を一体に形成してなる縦捩れ超音波振動子をステータと
して用い、前記駆動部の端面d′にテーバジヨイントe
′t−介してロータfを圧接して圧’I[子aを励起す
ると金属ブロックb内に縦振動が伝播するが、外周の傾
斜スロットぐによって孤り振動に変換されて伝播する一
方、ポアソン効果によって金属ブロック内に非共振の縦
方向振動も伝播し、これら捩り振動と縦振動が重畳する
ことによって駆動端面d′にへりカル振動を生じさせ、
ロータit回転させるようにした圧電モータが示されて
いる。しかし、このモータは、一つの圧電素子によって
生じる縦振動の一部のみが捩p撮動に変換されるもので
あるから、エネルギー損失が大きく、回転トルクも低い
という欠点がある。
は、種々公知である。例えば特開昭55−145578
号には、第5図に示すよりに一端面に圧電素子at−貼
着した金属ブロックbの外周面に、多数条の傾斜スロッ
)cを形成し、該ブロックbの他端面に円環状駆動部d
を一体に形成してなる縦捩れ超音波振動子をステータと
して用い、前記駆動部の端面d′にテーバジヨイントe
′t−介してロータfを圧接して圧’I[子aを励起す
ると金属ブロックb内に縦振動が伝播するが、外周の傾
斜スロットぐによって孤り振動に変換されて伝播する一
方、ポアソン効果によって金属ブロック内に非共振の縦
方向振動も伝播し、これら捩り振動と縦振動が重畳する
ことによって駆動端面d′にへりカル振動を生じさせ、
ロータit回転させるようにした圧電モータが示されて
いる。しかし、このモータは、一つの圧電素子によって
生じる縦振動の一部のみが捩p撮動に変換されるもので
あるから、エネルギー損失が大きく、回転トルクも低い
という欠点がある。
また、特開昭61−121777号には、第6図に示す
ように、捩シ振動を生じる圧電要素aと、縦振動を生じ
る圧電要素すとを給電用端子板C、dt−介して複数の
金属ブロックe、fによって挾持し、これらを中心ボル
トgにより一体に締結してなる縦捩れ超音波振動子をス
テータとして用い、該振動子の一端を駆動部e′とし、
これにロータhを圧接した状態で、前記捩り振動圧電要
素aと縦振動圧!要素すとに同位相の交流電圧を印加す
ると、圧電要素aにより捩り振動モードが、縦振動圧電
要素すにより縦振動モードが生起し、これら振動モード
が重畳して駆動部e′にヘリカル振動を生じさせ、ロー
タhを回転させるように圧電モータが示されている。
ように、捩シ振動を生じる圧電要素aと、縦振動を生じ
る圧電要素すとを給電用端子板C、dt−介して複数の
金属ブロックe、fによって挾持し、これらを中心ボル
トgにより一体に締結してなる縦捩れ超音波振動子をス
テータとして用い、該振動子の一端を駆動部e′とし、
これにロータhを圧接した状態で、前記捩り振動圧電要
素aと縦振動圧!要素すとに同位相の交流電圧を印加す
ると、圧電要素aにより捩り振動モードが、縦振動圧電
要素すにより縦振動モードが生起し、これら振動モード
が重畳して駆動部e′にヘリカル振動を生じさせ、ロー
タhを回転させるように圧電モータが示されている。
このモータは、2つの圧電要素a、bによって捩り振動
と縦振動とを別々に生じさせるため、先の特開昭55−
145578号に比し二ネ〜ギー損失が少ないので効率
が良く、高い回転トyりが得られる利点を有する。
と縦振動とを別々に生じさせるため、先の特開昭55−
145578号に比し二ネ〜ギー損失が少ないので効率
が良く、高い回転トyりが得られる利点を有する。
「発明が解決しようとする問題点」
特開昭61−121777号に示されている超音波圧電
モータは、上記の長所を有する反面、捩り振動圧電要素
の製作に大きな問題が残されていた。
モータは、上記の長所を有する反面、捩り振動圧電要素
の製作に大きな問題が残されていた。
即ち、第6図B−Dに示すように、圧電磁器よりなる円
環a′を複数の指状片al−agに分割しその分割面に
分極用電極j1〜j8を付し、各扇状片a1〜aa毎に
分極処理を施した後、前記電極j1〜jaを除却し再び
元の円[aに組立て、その上下面に再度駆動用電極k
、 kt−付けることによって製作されているので、素
子の分割加工や分極用電極jr−jsの形成とその除却
等が煩雑となり、製造コストの高騰が免れなかった。
環a′を複数の指状片al−agに分割しその分割面に
分極用電極j1〜j8を付し、各扇状片a1〜aa毎に
分極処理を施した後、前記電極j1〜jaを除却し再び
元の円[aに組立て、その上下面に再度駆動用電極k
、 kt−付けることによって製作されているので、素
子の分割加工や分極用電極jr−jsの形成とその除却
等が煩雑となり、製造コストの高騰が免れなかった。
「問題点を解決する九めの手段」
本発明の超音波圧電モータは、厚み方向の分極軸を有す
る複数の小片の圧電素子を、隣り合う素子の分極軸が互
いに逆向きになるより円環状に順次配列して々る捩り振
動要素と、同じく厚み方向に分極軸を有する円環状の厚
み振@要素と、これら各要素を給電用端子板を介して挾
持する複数の金属ブロックとの組合せよりなる超音波縦
捩れ振動子をステータとし、該ステータの振動端面にロ
ータを圧接してなるものである。
る複数の小片の圧電素子を、隣り合う素子の分極軸が互
いに逆向きになるより円環状に順次配列して々る捩り振
動要素と、同じく厚み方向に分極軸を有する円環状の厚
み振@要素と、これら各要素を給電用端子板を介して挾
持する複数の金属ブロックとの組合せよりなる超音波縦
捩れ振動子をステータとし、該ステータの振動端面にロ
ータを圧接してなるものである。
「作用」
捩り振動要素によって捩り振動モードを、縦振動要素に
よって縦振動モードをそれぞれ生じこれら振動がI資し
たヘリカル振動を振動子の駆動面に誘起し、この駆動面
と接するロータが回転することになる。
よって縦振動モードをそれぞれ生じこれら振動がI資し
たヘリカル振動を振動子の駆動面に誘起し、この駆動面
と接するロータが回転することになる。
「実施例」
本発明の一例をtjlIJ1〜3図に示す。第1図にお
いて、Tは扱り振動要素で、第2図に抜粋して示し友よ
うにチタン酸ジルコン酸鉛等の圧電磁器よシ径小の円板
状に成形するとともに表孤面に電極1a、1bを付し、
該電極1a、lb間(厚み方向)に分極処理し九複数枚
の圧[素子1を、隣接する素子の分極軸が互いに逆向き
になるより、所定の直径をなす円環状に配列し念ものを
、一対ないし複数対、電気的並列になるよう、複数の円
環状端子板2′とともに積層して構成される。Lは縦碌
動要素で、第3図に抜粋して示すように、チタン酸ジル
コン酸鉛等)圧電磁器より円環状に成形するとともに表
裏面に電極8a、8bi付し、該電極3 a + 3
b間(厚み方向)に分極処理し九一対もしくは複数対の
圧を素子3を、電気的並列になるようvlaの円環状端
子板4とともに積1−シて構成される。
いて、Tは扱り振動要素で、第2図に抜粋して示し友よ
うにチタン酸ジルコン酸鉛等の圧電磁器よシ径小の円板
状に成形するとともに表孤面に電極1a、1bを付し、
該電極1a、lb間(厚み方向)に分極処理し九複数枚
の圧[素子1を、隣接する素子の分極軸が互いに逆向き
になるより、所定の直径をなす円環状に配列し念ものを
、一対ないし複数対、電気的並列になるよう、複数の円
環状端子板2′とともに積層して構成される。Lは縦碌
動要素で、第3図に抜粋して示すように、チタン酸ジル
コン酸鉛等)圧電磁器より円環状に成形するとともに表
裏面に電極8a、8bi付し、該電極3 a + 3
b間(厚み方向)に分極処理し九一対もしくは複数対の
圧を素子3を、電気的並列になるようvlaの円環状端
子板4とともに積1−シて構成される。
5.6は前記捩り振動要素Tと縦振動要素りの各外端面
に積層し次第1.vI2の金属ブロックである。
に積層し次第1.vI2の金属ブロックである。
而して上記捩り振動要素T1縦振動要素L1第1.第2
の金属ブロック5.6よりなる積層物が、第1金属ブロ
ツク5の内4面中央より突出して振動要素T 、 L、
第2金属ブロツク6の各内孔を貫通するねじ杆5aと、
該ねじ杆の堆ねじ5 a’に螺合して第2ブロツクの座
ぐり而6aに浮水するナツト7とによって一体に締結さ
れた、超音波縦捩れ振動子Pが構成される。
の金属ブロック5.6よりなる積層物が、第1金属ブロ
ツク5の内4面中央より突出して振動要素T 、 L、
第2金属ブロツク6の各内孔を貫通するねじ杆5aと、
該ねじ杆の堆ねじ5 a’に螺合して第2ブロツクの座
ぐり而6aに浮水するナツト7とによって一体に締結さ
れた、超音波縦捩れ振動子Pが構成される。
本発明はこの縦換れ振動子Pをステータとして用いるも
ので、その全長を駆動周波数の半波長もしくはその!!
数倍長さに設定し、第1.第2金属ブロック5,6のい
ずれか一方又は両方の端面を駆動面として用いられ、こ
こでは第1金属ブロツク5の端面tl−駆動駆動面とし
、これにロータ8を圧接するようにした。
ので、その全長を駆動周波数の半波長もしくはその!!
数倍長さに設定し、第1.第2金属ブロック5,6のい
ずれか一方又は両方の端面を駆動面として用いられ、こ
こでは第1金属ブロツク5の端面tl−駆動駆動面とし
、これにロータ8を圧接するようにした。
また、第4図は本発明の他例を示し、捩り振@要素Tと
、縦振動要素りとの間に第3の金属ブロック9を挿設し
、第1.第2金属ブロツク5.6の内端面よジ突出する
ねじ杼5c、6bの雄ねじ5 c’ 、 6 b’を前
記第3金属ブロツク9の両端面に穿設、した雌ねじ孔9
a 、9bに螺合することによって積層物を一体に結合
し九以外は、上例と同じ構成である。
、縦振動要素りとの間に第3の金属ブロック9を挿設し
、第1.第2金属ブロツク5.6の内端面よジ突出する
ねじ杼5c、6bの雄ねじ5 c’ 、 6 b’を前
記第3金属ブロツク9の両端面に穿設、した雌ねじ孔9
a 、9bに螺合することによって積層物を一体に結合
し九以外は、上例と同じ構成である。
次に本案超音波圧電モータの動作原理を、第1図実施例
のものを例にとって説明する。
のものを例にとって説明する。
いま、捩り振動要素での端子板2・・・に結線したリー
ド端子10a、10bと、縦振動要素りの端子板4・・
・に結線し九リード端子11a。
ド端子10a、10bと、縦振動要素りの端子板4・・
・に結線し九リード端子11a。
11bとを同一電源(図示しない)に接属し、所定周波
数の交番電圧を各振動要素T、Lに印加すると、捩り振
![’素Tにおいて、個々の王!素子1・・・にその分
極軸と同方向又は逆方向の電圧が交互に印加されるため
、一方の圧電素子1は膨張し、これと隣接する圧電索子
1,1は収梱するので全体として剪断モードの共嶽ヲ惹
起し捩れ振動を生じることになる。また縦振動要素りに
おいて圧電素子3にはその分極軸と同方向又は逆方向の
電圧が印加される九め全体が膨張ないし収縮し、厚みモ
ードの共振を惹起し縦振動を生じることになって、これ
ら捩ジ振勧と縦振動とが電量し第1の金属ブロックの駆
動面5bにヘリカル嶽動を酵起し、ロータ8を回転する
。
数の交番電圧を各振動要素T、Lに印加すると、捩り振
![’素Tにおいて、個々の王!素子1・・・にその分
極軸と同方向又は逆方向の電圧が交互に印加されるため
、一方の圧電素子1は膨張し、これと隣接する圧電索子
1,1は収梱するので全体として剪断モードの共嶽ヲ惹
起し捩れ振動を生じることになる。また縦振動要素りに
おいて圧電素子3にはその分極軸と同方向又は逆方向の
電圧が印加される九め全体が膨張ないし収縮し、厚みモ
ードの共振を惹起し縦振動を生じることになって、これ
ら捩ジ振勧と縦振動とが電量し第1の金属ブロックの駆
動面5bにヘリカル嶽動を酵起し、ロータ8を回転する
。
因みに、10鴎φX 2. Otry tの圧電素子各
6枚ずつで構成した一対の捩夛振vJ要素と、30■φ
X12mφX 2. Om tの円環状圧電素子各1枚
ずつで構成し九一対の縦振動要素とを用い全長を約90
態2とした超音波縦波り振動子Vこおいて、リード端子
10a 、10bと、リード端子11a、11bとにそ
れぞれ共振周波数的27 KHz 、入力パワー15W
の高周波電圧を印加したところ、無負荷時の回転数的2
5 Orpmが得られ九。
6枚ずつで構成した一対の捩夛振vJ要素と、30■φ
X12mφX 2. Om tの円環状圧電素子各1枚
ずつで構成し九一対の縦振動要素とを用い全長を約90
態2とした超音波縦波り振動子Vこおいて、リード端子
10a 、10bと、リード端子11a、11bとにそ
れぞれ共振周波数的27 KHz 、入力パワー15W
の高周波電圧を印加したところ、無負荷時の回転数的2
5 Orpmが得られ九。
また、縦振動要素りにおけるリード端子11a。
11bの極t4:を逆にし九ところ、ロータ8が逆向き
に回転することを確認し友。
に回転することを確認し友。
なお、上例では各振動要素T、Lは、上下一対の圧電素
子1,1.3,8を電気的並列に積)−シ九構成とした
が、1個(1組)でもよく、この場合、第6図Aに示す
従来例のように捩り振動圧1喪素aと縦振動圧電要素す
との間、金属ブロック5,6と、各圧′YNL要素a、
bとの間にそれぞれ絶縁スペーサを挿設する必要がある
。
子1,1.3,8を電気的並列に積)−シ九構成とした
が、1個(1組)でもよく、この場合、第6図Aに示す
従来例のように捩り振動圧1喪素aと縦振動圧電要素す
との間、金属ブロック5,6と、各圧′YNL要素a、
bとの間にそれぞれ絶縁スペーサを挿設する必要がある
。
ま九、一対の金属ブロックと、その間に保持される捩り
振動要素と縦振動要素との締結においても上側以外に公
知の種々締結部材によることも可能である。
振動要素と縦振動要素との締結においても上側以外に公
知の種々締結部材によることも可能である。
「発明の効果」
本発明によれば厚み方向の分極軸を有する複数の小片の
圧電素子をその分極軸が互いに逆向きになるよりにして
円環状に配設したものを捩り振動要素として組込んだも
のであるから、円環状圧電素子を一旦、胴状に等分割し
、分極後再度元の形に組立てたものを捩り振動要素とす
る従来モータに比し、加工性、組付作業性を顕著に数倍
向上し、製造原価を大巾に引下げてこの檎超音波モータ
を安価に供し得るという利点がある。
圧電素子をその分極軸が互いに逆向きになるよりにして
円環状に配設したものを捩り振動要素として組込んだも
のであるから、円環状圧電素子を一旦、胴状に等分割し
、分極後再度元の形に組立てたものを捩り振動要素とす
る従来モータに比し、加工性、組付作業性を顕著に数倍
向上し、製造原価を大巾に引下げてこの檎超音波モータ
を安価に供し得るという利点がある。
第1図は本発明の一例にかかる超音波圧電モータを示し
、Aは四半分断面正面図、BdA図イーイ線に沿って断
面とした平面図、第2図は本発明に用いる捩り儀wJ要
素の斜視図、第3図は同じく本発明に用いる縦振動要素
の斜視図、第4図は本発明の他例にかかる圧電モータの
四半分断面正面図、第5図は従来の一例にかかる超音波
圧電モータの四半分断面正面図、第6図Aは同じ〈従来
の他側にかかる圧電モータの四半分断面正面図、で、同
図B−Dはこのモータに使用されている捩り損動圧電要
素の組立て説明図である。 T・・・捩ジ嶽@要素、1・・・複数の圧1!素子、L
・・・縦振動要素、3・・・円環状圧電素子、5.6.
9・・・複数の金属ブロック 1 図 8 111 図A WhZ図 第4図 第5図 第6図A [゛]
、Aは四半分断面正面図、BdA図イーイ線に沿って断
面とした平面図、第2図は本発明に用いる捩り儀wJ要
素の斜視図、第3図は同じく本発明に用いる縦振動要素
の斜視図、第4図は本発明の他例にかかる圧電モータの
四半分断面正面図、第5図は従来の一例にかかる超音波
圧電モータの四半分断面正面図、第6図Aは同じ〈従来
の他側にかかる圧電モータの四半分断面正面図、で、同
図B−Dはこのモータに使用されている捩り損動圧電要
素の組立て説明図である。 T・・・捩ジ嶽@要素、1・・・複数の圧1!素子、L
・・・縦振動要素、3・・・円環状圧電素子、5.6.
9・・・複数の金属ブロック 1 図 8 111 図A WhZ図 第4図 第5図 第6図A [゛]
Claims (1)
- 厚み方向の分極軸を有する複数の小片の圧電素子を、
隣り合う素子の分極軸が互いに逆向きになるより円環状
に順次配列してなる捩り振動要素と、同じく厚み方向に
分極軸を有する円環状の厚み振動要素と、これら各要素
を挾持する複数の金属ブロックとの組合わせよりなる超
音波縦捩れ振動子をステータとし、該ステータの振動端
面にロータを圧接してなることを特徴とする超音波圧電
モータ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62118366A JP2541816B2 (ja) | 1987-05-15 | 1987-05-15 | 超音波圧電モ−タ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62118366A JP2541816B2 (ja) | 1987-05-15 | 1987-05-15 | 超音波圧電モ−タ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63283479A true JPS63283479A (ja) | 1988-11-21 |
JP2541816B2 JP2541816B2 (ja) | 1996-10-09 |
Family
ID=14734927
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62118366A Expired - Fee Related JP2541816B2 (ja) | 1987-05-15 | 1987-05-15 | 超音波圧電モ−タ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2541816B2 (ja) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61121777A (ja) * | 1984-11-16 | 1986-06-09 | Hitachi Maxell Ltd | 圧電超音波モ−タ |
-
1987
- 1987-05-15 JP JP62118366A patent/JP2541816B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61121777A (ja) * | 1984-11-16 | 1986-06-09 | Hitachi Maxell Ltd | 圧電超音波モ−タ |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2541816B2 (ja) | 1996-10-09 |
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